KR20070057264A - 용적형 팽창기 - Google Patents

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KR20070057264A
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데쯔야 오까모또
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

케이싱(31) 내에, 팽창기구(60)와 압축기구(50)가 수납된다. 팽창기구(60)의 리어헤드(62)에는 압력완충실(71)이 배치된다. 압력완충실(71)은 피스톤(77)에 의해, 유입포트(34)와 연통하는 유출입실(72)과, 케이싱(31) 내부와 연통하는 배압실(73)로 구획된다. 피스톤(77)은 흡입압력의 변동에 따라 변위되어 유출입실(72)의 용적을 변화시킨다. 이로써 유출입실(72)이, 압력변동의 발생원인 유입포트(34)로 직접 냉매의 공급과 흡입을 행하므로, 흡입압력의 변동이 효과적으로 억제된다.
압력완충실, 유출입실, 배압실, 피스톤, 분리막, 부설부재

Description

용적형 팽창기 {DISPLACEMENT TYPE EXPANDER}
본 발명은 용적형 팽창기에 관하며, 특히 압력맥동의 저감대책에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 일특개 2004-190938호 공보에 개시된 바와 같이, 고압유체가 팽창됨에 따라 동력을 발생시키는 용적형 팽창기가 알려져 있다. 이러한 종류의 팽창기는, 예를 들어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉동장치에 설치된다.
이 냉동장치는, 압축기와 냉각기, 용적형 팽창기, 및 증발기가 배관 접속되어 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로를 구비한다. 상기 용적형 팽창기에서는, 흡입된 고압냉매가 팽창되고 토출되며, 이 때의 내부에너지가 압축기의 회전동력으로서 변환된다.
그런데 용적형 팽창기는, 흡입과정의 흡입유량과 토출과정의 토출유량이 일정하지 않기 때문에, 입구측 및 출구측에서 냉매의 압력맥동(압력변동)이 발생하며, 이 압력맥동에 의해 압력손실이 발생한다. 그래서 상기 냉동장치는, 용적형 팽창기의 입구측 또는 출구측에 어큐물레이터를 설치하여 압력맥동을 억제한다. 이 압력맥동은, 기기의 압력손실 및 진동을 일으키는 요인이다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 전술한 종래의 냉동장치에서는, 어큐물레이터의 크기가 크기 때문에 장치가 대형화된다는 문제가 있다. 또 어큐물레이터가 용적형 팽창기의 외부에 설치되므로, 압력맥동을 효과적으로 억제할 수 없다는 문제가 있다. 즉 압력맥동은 실제 팽창기에서의 팽창실 흡입부 및 토출부에서 발생하고, 어큐물레이터가 그 맥동의 발생원에서 떨어진 위치에 설치되므로 억제력의 효과가 저하되며, 또 응답성이 나빠진다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 장치의 대형화를 초래하는 일없이, 팽창기에서의 압력맥동을 효과적으로 억제하여, 압력손실 및 진동의 저감을 확실하게 도모하는 데 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명이 강구한 해결수단은 이하에 나타낸 것이다.
제 1 해결수단은, 케이싱(31) 내에, 팽창실(65)에서 유체가 팽창됨으로써 동력이 발생하는 팽창기구(60)를 구비한 용적형 팽창기를 전제로 한다.
그리고 상기 케이싱(31) 내에는, 상기 팽창실(65)로 흡입되는 유체 및 상기 팽창실(65)로부터 토출되는 유체의 적어도 어느 한쪽의 압력변동을 억제하는 압력완충수단(70)이 구성된다.
상기 해결수단에서는, 예를 들어 냉동장치의 냉매회로 등에 이용되는 용적형 팽창기의 팽창기구(60)에서 발생하는 흡입유체 또는 토출유체의 압력변동(압력맥동)이 압력완충수단(70)에 의해 억제된다.
또 상기 압력완충수단(70)은 케이싱(31) 내에 구성되므로, 종래와 같이 압력변동 억제수단으로서의 어큐물레이터를 팽창기의 케이싱 외부에 설치한 경우에 비해, 설치면적이 축소되어 냉동장치 등의 소형화를 도모할 수 있다. 또한 상기 압력완충수단(70)이 케이싱(31) 내에 구성되는 점에서, 그 압력완충수단(70)이 압력변동의 발생원인 팽창기구(60)의 흡입부 및 토출부에 매우 가까워진다.
이로써 종래에 비해 압력변동에 대한 억제작용이 효과적으로 작용하며, 또 억제작용의 응답성이 빨라진다. 따라서 압력변동이 보다 효과적으로 저감된다. 그 결과 압력변동에 기인하는 기기의 진동 및 압력손실이 효과적으로 저감된다.
또 제 2 해결수단은 상기 제 1 해결수단에 있어서, 상기 팽창기구(60)가, 유체를 팽창실(65)로 도입하는 흡입통로(34)와 팽창 후의 유체를 팽창실(65)로부터 토출하는 토출통로(35)를 구비한다.
그리고 상기 압력완충수단(70)은, 유체의 압력변동에 따라 상기 흡입통로(34) 또는 상기 토출통로(35)로의 유체 흡입과 토출을 행하도록 구성된 압력완충실(71)을 구비한다.
상기 해결수단에서는, 흡입통로(34) 및 토출통로(35)에서 흡입유체 및 토출유체의 압력변동이 발생한다. 그래서 예를 들어 흡입통로(34)의 흡입유체 압력이 저하됐을 경우, 압력완충실(71)이 유체를 흡입통로(34)로 토출한다. 이로써, 흡입통로(34)에서의 유체압력 저하가 억제된다. 즉, 상기 압력완충실(71)은 흡입통로(34)로 압력공급을 실행한 것이 된다. 한편, 상기 흡입통로(34)의 흡입유체 압력이 상승했을 경우, 압력완충실(71)이 흡입통로(34)로부터 유체를 흡입한다. 이로써 흡입통로(34)에서의 유체압력 상승이 억제된다. 즉, 상기 압력완충실(71)은 흡입통로(34)로부터 압력흡수를 실행한 것이 된다.
이와 같이 압력완충실(71)이, 압력변동의 발생원인 흡입통로(34)에 유체의 토출과 흡입을 행하므로, 압력변동에 대한 응답이 빨라 효과적으로 압력변동이 억제된다. 여기서 상기 토출통로(35)에서의 토출유체 압력변동에 대해서도 마찬가지의 작용이 이루어진다.
또한 제 3 해결수단은 상기 제 2 해결수단에 있어서, 상기 압력완충수단(70)의 압력완충실(71)이, 팽창실(65) 형성부재(61, 62)의 내부에 형성된다.
상기 해결수단에서는, 예를 들어 팽창기구(60)가 회전식 팽창기로 구성될 경우, 도 4 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 압력완충실(71)이 팽창실(65) 형성부재(61, 62)인 리어헤드(62) 또는 프론트헤드(61) 등의 내부에 형성된다. 이로써 압력완충실(71)이 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)에 근접하여 배치되므로, 압력변동이 확실하며 또 효과적으로 억제된다.
또 상기 압력완충실(71)이 기존의 형성부재(61, 62) 내부에 배치되는 점에서, 별도 압력완충실(71)의 설치면적을 구성시킬 필요가 없으므로 기기의 대형화가 방지된다.
또 제 4 해결수단은 상기 제 2 해결수단에 있어서, 상기 압력완충수단(70)의 압력완충실(71)이 팽창실(65) 형성부재(61, 62)로 지지된 부설부재(83)에 형성된다.
상기 해결수단에서는, 예를 들어 팽창기구(60)가 회전식 팽창기로 구성될 경우, 도 11에 나타낸 바와 같이 압력완충실(71)이, 팽창실(65) 형성부재(61, 62)인 리어헤드(62) 또는 프론트헤드(61)의 단면 등에 설치된 부설부재(83)의 내부에 형성된다. 즉, 상기 압력완충실(71)이 형성된 부설부재(83)가, 케이싱(31) 내의 공간을 이용하여 기존의 팽창기구(60)에 설치된다. 따라서, 특히 이미 설치된 용적형 팽창기에 대해, 상기 부설부재(83)를 나중에 설치하는 것만으로, 팽창기구(60)에서의 압력맥동이 용이하고 또 효과적으로 억제된다.
또한 제 5 해결수단은 상기 제 3 및 제 4 해결수단에 있어서, 상기 케이싱(31) 내에 유체 압축기구(50)가 배치되며, 케이싱(31) 내부공간(S)이 상기 압축기구(50)에 의해 압축된 유체로 채워진다.
한편 상기 압력완충실(71)은, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 연통하는 유체의 유출입실(72)과, 상기 케이싱(31) 내부공간(S)으로 연통하는 배압실(73)과, 상기 유출입실(72)과 배압실(73)을 구획하며, 유체의 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적이 변화되도록 변위 자유롭게 구성된 구획부재(77)를 구비한다.
상기 해결수단에서는, 케이싱(31) 내부공간(S)이 압축기구(50)의 토출유체에 의해 고압상태가 된다. 즉 상기 케이싱(31)은 이른바 압력용기를 구성한다. 상기 유출입실(72)은, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 연통하므로 흡입유체 또는 토출유체와 동일 압력상태가 된다. 한편 상기 배압실(73)은, 케이싱(31)의 내부공간(S)으로 연통하므로, 압축기구(50)의 토출유체와 동일 고압인 압력상태로 유지된다. 그리고 상기 압력완충실(71)은, 통상 시에 유출입실(72)과 배압실(73)이 구획부재(77)를 개재하고 평형압력상태가 된다.
여기서, 예를 들어 흡입유체의 압력이 변동하면, 구획부재(77)가 변위하여 유출입실(72)의 용적을 변화시킨다. 이 용적변화에 의해, 유출입실(72)이 흡입통로(34)로의 유체 토출과 흡입을 행하므로, 흡입유체의 압력변동이 효과적으로 억제된다.
즉, 예를 들어 상기 흡입유체의 압력이 저하된 경우, 이에 따라 유출입실(72)의 압력도 저하되므로, 이 유출입실(72)의 압력이 배압실(73) 압력보다 낮아진다. 즉 상기 유출입실(72)과 배압실(73) 사이에서 압력차가 발생한다. 이 압력차에 따라, 구획부재(77)가 유출입실(72)의 용적을 감소시키도록 변위되며, 그 감소된 용적량의 유체가 유출입실(72)로부터 흡입통로(34)로 토출된다. 그 결과, 흡입유체의 압력저하가 완화된다.
또 상기 흡입유체의 압력이 상승한 경우, 이에 따라 유출입실(72)의 압력도 상승하므로, 이 유출입실(72)의 압력이 배압실(73) 압력보다 높아진다. 이로써 구획부재(77)가 유출입실(72)의 용적을 증대시키도록 변위되며, 그 증대된 용적량의 유체가 흡입통로(34)로부터 유출입실(72)로 흡입된다. 그 결과, 흡입유체의 압력상승이 완화된다. 여기서 상기 토출유체의 압력변동이 생긴 경우도, 마찬가지 작용이 이루어진다.
이와 같이, 흡입유체 및 토출유체의 압력에 대항하는 배압으로서, 동일 케이싱(31) 내에 구성된 압축기구(50)의 토출압력을 이용하므로, 비교적 고가이며 중장비인 어큐물레이터에 비해, 저가이며 또 간단한 구성으로 압력변동이 효과적으로 억제된다.
또 제 6 해결수단은 상기 제 3 및 제 4 해결수단에 있어서, 상기 압력완충실(71)이, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 연통하는 유체의 유출입실(72)과, 모세관(capillary tube)(82)을 갖는 접속관(81)에 의해 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)에 접속되는 배압실(73)과, 상기 유출입실(72)과 배압실(73)을 구획하며, 유체의 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적이 변화되도록 변위 자유롭게 구성된 구획부재(77)를 구비한다.
상기 해결수단에서는, 유출입실(72)이 상기 제 5 해결수단과 마찬가지로, 흡입유체 또는 토출유체와 같은 압력상태가 된다. 한편 상기 배압실(73)은, 모세관(82)을 갖는 접속관(81)을 통해 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 연통되므로, 흡입유체 또는 토출유체보다 모세관(82)의 마찰저항 양만큼 낮은 압력상태가 된다. 그리고 상기 압력완충실(71)은, 통상 시에 유출입실(72)의 압력과 배압실(73)의 압력 및 모세관(82)의 마찰저항력이 구획부재(77)를 개재하고 평형상태가 된다.
여기서 흡입유체의 압력이 변동하면, 구획부재(77)가 변위하여 유출입실(72)의 용적을 변화시킨다. 이 용적변화에 의해, 주로 유출입실(72)이 흡입통로(34)로의 유체 토출과 흡입을 행하므로, 흡입유체의 압력변동이 효과적으로 억제된다.
즉, 예를 들어 상기 흡입유체의 압력이 저하된 경우, 모세관(82)의 마찰저항에 따라, 배압실(73) 압력보다 유출입실(72)의 압력이 크게 저하되므로, 양쪽(72, 73)의 평형상태가 깨진다. 이로써 구획부재(77)가 유출입실(72)의 용적을 감소시키도록 변위되며, 그 감소된 용적량의 유체가 유출입실(72)로부터 흡입통로(34)로 토출된다. 그 결과, 흡입유체의 압력저하가 완화된다. 이 때, 상기 배압실(73)의 용적이 증대하나, 모세관(82)을 통하기 때문에 흡입통로(34)의 흡입유체는 배압실(73)로 거의 흐르지 않으므로, 배압실(73)의 압력이 저하되어 평형상태에 가까워진다.
또 상기 흡입유체의 압력이 상승한 경우, 모세관(82)의 마찰저항에 따라, 배압실(73) 압력보다 유출입실(72)의 압력이 크게 상승하므로, 양쪽(72, 73)의 평형상태가 깨진다. 이로써 구획부재(77)가 유출입실(72)의 용적을 증대시키도록 변위되며, 그 증대된 용적량의 유체가 흡입통로(34)에서 유출입실(72)로 흡입된다. 그 결과, 흡입유체의 압력상승이 완화된다. 이 때, 상기 배압실(73)의 용적이 감소되나, 모세관(82)을 통하기 때문에 배압실(73)의 유체는 흡입통로(34)로 거의 흐르지 않으므로, 배압실(73)의 압력이 상승하여 평형상태에 가까워진다.
이와 같이 배압으로서, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)의 유체를 이용하므로, 상기 제 5 해결수단과 마찬가지로, 저가이며 간단한 구성으로 압력변동이 효과적으로 억제된다.
또한 제 7 해결수단은 상기 제 5 또는 제 6 해결수단에 있어서, 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)에 이용된다.
상기 해결수단에서는, 예를 들어 공조기 등의 냉매회로(20)에 이용된다. 그리고 상기 팽창기기(60)는, 팽창실(65)로 흡입된 고압냉매가 팽창하여 토출되는, 증기압축식 냉동주기의 팽창행정을 실행한다. 따라서 팽창기구(60)에서의 흡입냉매 또는 토출냉매의 압력변동이 효과적으로 억제된다.
또 제 8 해결수단은 상기 제 7 해결수단에 있어서, 상기 냉매가 이산화탄소인 것을 특징으로 한다.
상기 해결수단에서는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매로 이산화탄소를 이용하므로, 지구 친환경적인 기기 및 장치를 제공할 수 있다. 특히 이산화탄소의 경우, 임계압 상태까지 압축되므로 그만큼 압력변동이 커지나, 이 압력변동이 확실하게 또 효과적으로 억제된다.
[발명의 효과]
따라서 제 1 해결수단에 의하면, 팽창기구(60)에서의 흡입유체 및 토출유체의 적어도 어느 한쪽의 압력변동을 억제하는 압력완충수단(70)을 케이싱(31) 내에 구성하도록 하므로, 압력완충수단(70)의 억제력을 압력변동의 발생원인 팽창기구(60)의 흡입부 및 토출부에 매우 가까운 위치에서 작용시킬 수 있다. 이로써 종래에 비해 압력변동에 대한 억제작용이 효과적으로 작용하며, 또 억제작용의 응답성이 향상된다. 따라서 흡입냉매의 압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 결과 압력변동에 기인하는 기기의 진동 및 압력손실을 확실하게 저감할 수 있어, 기기의 신뢰성 및 운전효율을 향상시킬 수 있다.
특히 제 2 해결수단에 의하면, 압력완충실(71)이 압력변동의 발생원인 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로의 냉매 토출과 흡입을 행함으로써 압력변동을 억제하도록 하므로, 한층 억제작용이 효과적으로 작용하여 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한 제 3 해결수단에 의하면, 압력완충실(71)을 팽창기구(60)의 리어헤드나 프론트헤드 등의 형성부재(61, 62) 내부에 형성하도록 하므로, 확실하게 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)에 가까운 위치에서 억제력을 효과적으로 작용시킬 수 있을 뿐 아니라, 압력완충실(71)의 설치면적을 별도로 확보할 필요가 없으므로, 기기의 대형화를 방지할 수 있다.
또 제 4 해결수단에 의하면, 압력완충실(71)이 형성된 부설부재(83)를 케이싱(31) 내의 공간을 이용하여 팽창기기(60)에 설치할 수 있다. 따라서 특히 기존 설치된 팽창기에 부설부재(83)를 나중에 설치하는 것만으로, 팽창기구(60)에서의 압력맥동을 간단하고 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 제 5 해결수단에 의하면, 압력완충실(71)을 유입포트(34)로 연통하는 유출입실(72)과 배압실(73)로 구획하고, 그 구획부재(77)가 압력변동에 따라 변위되어 유출입실(72)의 용적을 변화시키도록 하므로, 유출입실(72)로부터 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로의 냉매 토출과 흡입을 확실하게 행할 수 있다. 이로써 확실하게 또 효과적으로 압력변동을 억제할 수 있다.
특히 상기 해결수단에서는, 압축기구(50)의 토출압력으로 채워진 케이싱(31) 내부공간(S)으로 배압실(73)을 연통시키도록 하므로, 배압으로서 압축기구(50)의 토출압력을 이용할 수 있다. 따라서 별도의 배압수단을 구성시킬 필요가 없어, 비교적 고가이며 중장비인 어큐물레이터에 비해 저가이며 간단한 구성으로 압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
또 제 6 해결수단에 의하면, 모세관(82)을 갖는 접속관(81)에 의해, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 배압실(73)을 연통시켜 그 유체압력을 이용하도록 하므로, 상기 제 5 해결수단과 마찬가지로 별도의 배압수단을 구성시킬 필요 없이, 저가이며 간단한 구성으로 압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한 제 7 해결수단에 의하면, 예를 들어 공조기 등의 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)에 이용하도록 하므로, 공조기 등의 진동이나 압력손실을 저감할 수 있다. 그 결과, 장치의 진동에 의한 파손을 방지할 수 있으며, 또 장치의 운전효율을 향상시킬 수 있다.
또 제 8 해결수단에 의하면, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매로 이산화탄소를 이용하므로, 지구 친환경적인 기기 및 장치를 제공할 수 있다. 특히 이산화탄소의 경우, 임계압 상태까지 압축되므로 그만큼 압력변동이 커지나, 이 압력변동을 확실하게 또 효과적으로 억제할 수 있다.
도 1은 실시형태에 관한 공조기를 나타낸 배관계통도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 관한 압축팽창유닛을 나타낸 종단면도이다.
도 3은 제 1 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 것이며, (A)가 횡단면도, (B)가 종단면도이다.
도 4는 제 1 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 5는 제 1 실시형태에 관한 팽창기구의 동작상태를 나타낸 횡단면도이다.
도 6은 제 1 실시형태의 제 1 변형예에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 7은 제 1 실시형태의 제 2 변형예에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종 단면도이다.
도 8은 제 1 실시형태의 제 3 변형예에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 9는 제 2 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 10은 제 2 실시형태의 변형예에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 11은 제 3 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 12는 제 4 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 종단면도이다.
도 13은 제 5 실시형태에 관한 압축팽창유닛의 팽창기구를 나타낸 종단면도이다.
도 14는 제 5 실시형태에 관한 팽창기구의 주요부를 나타낸 횡단면도이다.
도 15는 제 5 실시형태에 관한 팽창기구의 동작상태를 나타낸 횡단면도이다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
[제 1 실시형태]
본 실시형태의 공조기(10)는, 본 발명에 관한 용적형 팽창기를 구비한다.
<공조기의 전체구성>
도 1에 나타낸 바와 같이 상기 공조기(10)는 이른바 분리형이며, 실외기(11)와 실내기(13)를 구비한다. 상기 실외기(11)에는, 실외 팬(12), 실외열교환기(23), 제 1 십자전환밸브(21), 제 2 십자전환밸브(22), 및 압축팽창유닛(30)이 수납된다. 한편 상기 실내기(13)에는, 실내 팬(14) 및 실내열교환기(24)가 수납된다. 상기 실외기(11)는 옥외에 설치되며, 실내기(13)는 옥내에 설치된다. 또 상기 실외기(11)와 실내기(13)는, 한 쌍의 연락배관(15, 16)으로 접속된다. 여기서 상기 압축팽창유닛(30)의 상세는 후술하기로 한다.
상기 공조기(10)에는 냉매회로(20)가 구성된다. 이 냉매회로(20)는, 압축팽창유닛(30)이나 실내열교환기(24) 등이 접속된 폐쇄회로이다. 또 이 냉매회로(20)는, 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전되며, 이 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 실행하도록 구성된다.
상기 실외열교환기(23)와 실내열교환기(24)는, 모두 크로스 핀식의 핀-튜브형 열교환기로 구성된다. 상기 실외열교환기(23)에서는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매가 실외 팬(12)에 의해 도입된 실외공기와 열교환한다. 상기 실내열교환기(24)에서는, 냉매회로(20)를 순환하는 냉매가 실내 팬(14)에 의해 도입된 실내공기와 열교환한다.
상기 제 1 십자전환밸브(21)는 4개의 포트를 구비한다. 이 제 1 십자전환밸브(21)는, 그 제 1 포트가 압축팽창유닛(30)의 토출관(36)에, 제 2 포트가 연락배관(15)을 개재하고 실내열교환기(24)의 한끝인 가스측 단부에, 제 3 포트가 실외열교환기(23)의 한끝인 가스측 단부에, 제 4 포트가 압축팽창유닛(30)의 흡입포트(32)에 각각 접속된다. 그리고 상기 제 1 십자전환밸브(21)는 제 1 포트와 제 2 포트가 연통하고 또 제 3 포트와 제 4 포트가 연통하는 상태(도 1에 실선으로 나타 낸 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하고 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 상태(도 1에 파선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
상기 제 2 십자전환밸브(22)는 4개의 포트를 구비한다. 이 제 2 십자전환밸브(22)는, 그 제 1 포트가 압축팽창유닛(30)의 유출포트(35)에, 제 2 포트가 실외열교환기(23)의 다른 끝인 액측 단부에, 제 3 포트가 연락배관(16)을 개재하고 실내열교환기(24)의 다른 끝인 액측 단부에, 제 4 포트가 압축팽창유닛(30)의 유입포트(32)에 각각 접속된다. 그리고 상기 제 2 십자전환밸브(22)는 제 1 포트와 제 2 포트가 연통하고 또 제 3 포트와 제 4 포트가 연통하는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통하고 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통하는 상태(도 1에 파선으로 나타낸 상태)로 전환된다.
<압축팽창유닛의 구성>
도 2∼도 4에 나타낸 바와 같이 상기 압축팽창유닛(30)은, 본 발명의 용적형 팽창기를 구성하며, 세로로 긴 원통형의 밀폐용기인 케이싱(31)을 구비한다. 이 케이싱(31)의 내부에는, 밑에서 위를 향해 차례로 압축기구(50)와, 전동기(45)와, 팽창기구(60)가 배치된다.
상기 케이싱(31)에는 토출관(36)이 설치된다. 이 토출관(36)은 전동기(45)와 팽창기구(60) 사이에 배치되며, 케이싱(31)의 내부공간(S)으로 연통된다.
상기 전동기(45)는, 케이싱(31)의 긴 쪽 방향의 중앙부에 배치된다. 이 전동기(45)는, 고정자(46)와 회전자(47)로 구성된다. 상기 고정자(46)는 케이싱(31) 내면에 고정된다. 상기 회전자(47)는, 고정자(46)의 안쪽에 배치되며, 동축으로 샤프트(40)의 주축부(44)가 관통한다. 상기 샤프트(40)는 회전축을 구성하며, 하단측에 2개의 하측 편심부(58, 59)가 형성되고, 상단측에 1개의 상측 편심부(41)가 형성된다.
상기 2개의 하측 편심부(58, 59)는, 주축부(44)보다 큰 지름이며, 또 주축부(44)의 축심보다 편심되어 형성되고, 아래쪽이 제 1 하측 편심부(58)를, 위쪽이 제 2 하측 편심부(59)를 각각 구성한다. 그리고 상기 제 1 하측 편심부(58)와 제 2 하측 편심부(59)에서는, 주축부(44)의 축심에 대한 편심방향이 역이 된다. 한편 상기 상측 편심부(41)는, 주축부(44)보다 큰 지름이며, 또 주축부(44)의 축심보다 편심되어 형성된다.
상기 압축기구(50)는 요동피스톤형의 회전식 압축기를 구성한다. 이 압축기구(50)는, 실린더(51, 52)와 회전피스톤(57)을 2개씩 구비한다. 상기 압축기구(50)에서는, 밑에서 위를 향해 차례로 리어헤드(55)와, 제 1 실린더(51), 중간플레이트(56), 제 2 실린더(52), 및 프론트헤드(54)가 적층된 상태로 구성된다.
상기 제 1 실린더(51) 및 제 2 실린더(52)의 내부에는, 원통형의 회전피스톤(57)이 1개씩 배치된다. 이 회전피스톤(57)은, 도시하지 않으나 측면에 평판형의 블레이드가 돌출 설치되며, 이 블레이드가 요동부시를 개재하고 실린더(51, 52)에 지지된다. 상기 제 1 실린더(51) 내의 회전피스톤(57)은, 샤프트(40)의 제 1 하측 편심부(58)와 결합한다. 한편 상기 제 2 실린더(52) 내의 회전피스톤(57)은, 샤프트(40)의 제 2 하측 편심부(59)와 결합한다. 상기 각 회전피스톤(57, 57)은, 내주면이 하측 편심부(58, 59)의 외주면과 미끄럼 접촉하고, 외주면이 실린더(51, 52)의 내주면과 미끄럼 접촉한다. 그리고 각 회전피스톤(57, 57)의 외주면과 실린더(51, 52) 내주면 사이에 압축실(53)이 형성된다.
상기 제 1 실린더(51) 및 제 2 실린더(52)에는, 각각 흡입포트(32)가 1개씩 형성된다. 이 각 흡입포트(32)는, 실린더(51, 52)를 반지름 방향으로 관통하며, 종단이 실린더(51, 52) 내로 개구된다. 또 상기 각 흡입포트(32)는, 배관에 의해 케이싱(31) 외부로 연장된다.
상기 프론트헤드(54) 및 리어헤드(55)에는, 각각 토출포트(도시 생략)가 1개씩 형성된다. 상기 프론트헤드(54)의 토출포트는, 제 2 실린더(52) 내의 압축실(53)과 케이싱(31)의 내부공간(S)을 연통시킨다. 상기 리어헤드(55)의 토출포트는, 제 1 실린더(51) 내의 압축실(53)과 케이싱(31)의 내부공간(S)을 연통시킨다. 또 상기 각 토출포트는, 종단에 리드밸브로 구성된 토출밸브(도시 생략)가 설치되며, 이 토출밸브에 의해 개폐된다. 그리고 상기 압축기구(50)에서 케이싱(31)의 내부공간(S)으로 토출된 고압의 가스냉매는, 토출관(36)을 통해 압축팽창유닛(30)에서 송출된다.
상기 케이싱(31) 내의 저부에는, 윤활유가 저류되는 오일저류부(oil sump)가 형성된다. 상기 샤프트(40)의 하단부에는, 오일저류부에 침지된 원심식 오일펌프(48)가 배치된다. 이 오일펌프(48)는, 샤프트(40)의 회전에 의해 오일저류부의 윤활유를 퍼 올리도록 구성된다. 그리고 상기 샤프트(40) 내부에는, 하단에서 상단에 걸쳐 급유 홈(49)이 형성된다. 이 급유 홈(49)은, 오일펌프(48)에 의해 퍼 올려진 윤활유가 압축기구(50)나 팽창기구(60)의 각 습동부에 공급되도록 형성된 다.
상기 팽창기구(60)는, 요동피스톤형의 회전식 팽창기를 구성한다. 이 팽창기구(60)는, 프론트헤드(61)와 리어헤드(62), 실린더(63), 및 회전피스톤(67)을 구비한다.
상기 팽창기구(60)에서는, 밑에서 위를 향해 차례로 프론트헤드(61), 실린더(63), 및 리어헤드(62)가 적층된 상태로 구성된다. 상기 실린더(63)는, 아래쪽 단면이 프론트헤드(61)로 막히며, 위쪽 단면이 리어헤드(62)로 막힌다. 그리고 샤프트(40)는, 적층된 상태의 프론트헤드(61), 실린더(63), 및 리어헤드(62)를 관통하며, 상층 편심부(41)가 실린더(63) 내에 위치한다.
상기 회전피스톤(67)은, 상하 단면이 막힌 실린더(63) 내에 수납된다. 상기 회전피스톤(67)은, 고리형 또는 원통형으로 형성되며, 샤프트(40)의 상측 편심부(41)가 회전 자유롭게 결합된다. 또 상기 회전피스톤(67)은, 외주면이 실린더(63)의 내주면에 미끄럼 접촉함과 더불어, 상단 면이 리어헤드(62)에, 하단 면이 프론트헤드(61)에 각각 미끄럼 접촉한다. 그리고 상기 실린더(63) 내에는, 내주면과 회전피스톤(67) 외주면과의 사이에 팽창실(65)이 형성된다. 즉 상기 프론트헤드(61)와 리어헤드(62), 실린더(63), 및 회전피스톤(67)은 팽창실(65)의 형성부재를 구성한다.
상기 회전피스톤(67)에는 블레이드(6)가 일체로 형성된다. 이 블레이드(6)는, 회전피스톤(67)의 반지름 방향으로 이어지는 판상으로 형성되며, 회전피스톤(67)의 외주면에서 외측으로 돌출된다. 상기 실린더(63) 내의 팽창실(65)은, 블 레이드(6)에 의해 고압측(흡입/팽창측)과 저압측(배출측)으로 구획된다. 상기 실린더(63)에는, 한 쌍의 부시(68)가 배치된다. 이 각 부시(68)는, 내측 면이 평면이고 외측 면이 원호 면인 거의 반원형으로 형성되며, 블레이드(6)를 개재한 상태로 장착된다. 상기 부시(68)는, 내측 면이 블레이드(6)와, 외측 면이 실린더(63)와 각각 미끄럼 운동한다. 그리고 상기 블레이드(6)는, 부시(68)를 개재하고 실린더(63)에 지지되며, 실린더(63)에 대해 회전 자유롭고 또 진퇴 자유롭게 구성된다.
상기 팽창기구(60)는, 리어헤드(62)에 형성된 유입포트(34)와, 실린더(63)에 형성된 유출포트(35)를 구비한다. 상기 유입포트(34)는, 리어헤드(62)의 상하 방향으로 이어지며, 종단이 리어헤드(62) 내측 면의 팽창실(65)과 직접 연통되는 일없는 위치에 개구된다. 구체적으로 상기 유입포트(34)의 종단은, 리어헤드(62) 내측 면 중 상측 편심부(41)의 단면과 미끄럼 접촉하는 부분에서, 도 3(A)에서 주축부(44) 축심의 약간 왼쪽 위의 위치로 개구된다. 한편 상기 유출포트(35)는, 실린더(63)를 반지름 방향으로 관통하며, 종단이 실린더(63) 내의 저압측으로 개구된다. 또 상기 유입포트(34) 및 유출포트(35)는, 배관에 의해 케이싱(31) 외부로 연장된다. 그리고 상기 팽창기구(60)에서는, 고압냉매가 유입포트(34)를 통해 실린더(63) 내의 고압측으로 흡입되어 팽창되며, 팽창 후의 저압냉매가 저압측에서 유출포트(35)를 통해 케이싱(31) 외부로 송출된다. 즉 상기 유입포트(34) 및 유출포트(35)는, 각각 팽창기구(60)의 냉매 흡입통로 및 토출통로를 구성한다.
상기 리어헤드(62)에는 홈 형상 통로(9a)가 형성된다. 도 3(B)에 나타낸 바와 같이, 이 홈 형상 통로(9a)는, 리어헤드(62)를 그 내측 면에서 파 내려감으로 써, 리어헤드(62)의 내측 면으로 개구되는 오목홈 형상으로 형성된다. 상기 홈 형상 통로(9a)의 개구부분은, 도 3(A)에서 상하로 가늘고 긴 장방형으로 형성되며, 도 3(A)의 주축부(44) 축심보다 왼쪽에 위치한다. 또 홈 형상 통로(9a)는, 도 3(A)의 상단이 실린더(63) 내주면보다 약간 안쪽에 위치함과 동시에, 도 3(A)의 하단이 리어헤드(62) 안쪽 면 중 상측 편심부(41) 단면과 미끄럼 접촉하는 부분에 위치한다. 그리고 이 홈 형상 통로(9a)는 팽창실(65)과 연통 가능하게 구성된다.
상기 샤프트(40)의 상측 편심부(41)에는, 연락통로(9b)가 형성된다. 도 3(B)에 나타낸 바와 같이 이 연락통로(9b)는, 상측 편심부(41)를 그 단면에서 파 내려감으로써, 리어헤드(62)와 대향하는 상측 편심부(41) 단면으로 개구되는 오목홈 형상으로 형성된다. 또 도 3(A)에 나타낸 바와 같이 상기 연락통로(9b)는, 상측 편심부(41)의 외주를 따라 이어지는 원호형으로 형성된다. 또한 상기 연락통로(9b)의 둘레길이 방향의 중앙은, 주축부(44) 축심과 상측 편심부(41) 축심을 잇는 선상이며, 상측 편심부(41)의 축심에 대해 주축부(44) 축심과는 반대쪽에 위치한다. 그리고 상기 샤프트(40)가 회전하면, 이에 따라 상측 편심부(41)의 연락통로(9b)도 이동하며, 이 연락통로(9b)를 통해 유입포트(34)와 홈 형상 통로(9a)가 간헐적으로 연통한다. 여기서 도 3에서는, 후술하는 압력완충수단(70)을 생략하여 나타낸다.
또 본 발명의 특징으로서, 상기 팽창기구(60)는 압력완충수단(70)을 구비한다. 이 압력완충수단(70)은, 리어헤드(62)의 내부에 형성된 압력완충실(71)을 구비한다.
구체적으로, 상기 압력완충실(71)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 유입포트(34)에 대응하며, 이 유입포트(34)보다 리어헤드(62)의 외주 쪽에 위치한다. 이 압력완충실(71)은, 단면으로 보아 사각형으로 형성되며, 리어헤드(62)의 지름방향으로 이어진다. 여기서 이 압력완충실(71)은, 도시하지 않으나 홈 형상 통로(9a)에 간섭받지 않는 개소에 배치된다.
상기 압력완충실(71)은, 내부에 피스톤(77)과 스프링(78)을 구비한다. 상기 피스톤(77)은, 판상으로 형성되며 또 평면적으로 보아 압력완충실(71)의 단면형상에 대응한 사각형으로 형성된다. 그리고 상기 피스톤(77)은 압력완충실(71)을 리어헤드(62)의 지름방향 바깥쪽을 향해 차례로 유출입실(72)과 배압실(73)로 구획된다. 즉 상기 피스톤(77)이 압력완충실(71)의 구획부재를 구성한다. 한편, 상기 스프링(78)은, 배압실(73)의 피스톤(77)과 폐색덮개(75) 사이에 설치된다.
상기 리어헤드(62) 내부에는, 압력완충실(71)의 유출입실(72)을 유입포트(34) 도중에서 연통시키는 연통로(74)가 형성된다. 즉 상기 유출입실(72)은, 유입포트(34)를 흐르는 냉매로 채워져 이 냉매와 같은 압력상태로 되도록 구성된다. 또 상기 압력완충실(71)에는, 배압실(73)을 리어헤드(62)의 외주 쪽에서 막는 폐색덮개(75)가 배치된다. 그리고 이 폐색덮개(75)에는, 배압실(73)을 케이싱(31) 내부공간(S)과 연통시키는 연통공(76)이 형성된다. 즉 상기 배압실(73)은, 압축기구(50)에서 토출된 고압의 가스냉매로 채워져, 케이싱(31) 내 압력인 압축기구(50)의 토출압력과 같은 압력상태로 유지되도록 구성된다.
상기 압력완충실(71)에서는, 통상 시 유출입실(72)의 압력과 배압실(73) 압 력이 평형인 상태에서 스프링(78)의 신장이 0이 되도록 설정된다. 그리고 상기 압력완충실(71)은, 유출입실(72) 내의 압력변동에 따라 피스톤(77)이 리어헤드(62)의 지름방향으로 미끄럼 이동하도록 구성된다. 즉 상기 피스톤(77)은, 유입포트(34)의 냉매압력 변동에 따라 유출입실(72)의 용적이 변화하도록 변위 자유롭게 구성된다.
따라서 상기 냉매압력이 저하됐을 경우, 피스톤(77)이 유출입실(72) 쪽으로 이동하여 유출입실(72)의 냉매를 유입포트(34)로 송출한다. 이로써 냉매압력의 저하를 완화시킬 수 있다. 한편, 상기 냉매압력이 상승했을 경우, 피스톤(77)이 유배압실(73) 쪽으로 이동하여 유입포트(34)의 냉매를 유출입실(72)로 흡입한다. 이로써 냉매압력의 상승을 완화시킬 수 있다. 요컨대 상기 압력완충실(71)은, 흡입냉매의 압력변동에 따라 유입포트(34)의 냉매 토출과 흡입을 행함으로써, 그 압력변동을 완화시키도록 구성된다.
이와 같이 압력완충실(71)은, 압력변동의 발생원인 유입포트(34)에 매우 가까운 위치에 배치되어, 그 유입포트(34)에 대해 냉매의 토출과 흡입을 행하도록 구성된다. 따라서 종래와 같이 어큐물레이터를 압력변동의 발생원에서 먼 위치에 배치한 경우에 비해, 압력변동에 대한 억제력이 증대하며, 또 그 응답성도 향상되게 된다. 이로써 압력변동을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
-운전동작-
다음으로, 상기 공조기(10)의 운전동작에 대해 설명한다. 여기서는 공조기(10)의 냉방운전 시 및 난방운전 시의 동작에 대해 설명하고, 이어서 팽창기 구(60)의 동작에 대해 설명한다.
<냉방운전>
이 냉방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 파선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축팽창유닛(30)의 전동기(45)가 통전되면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기가 이루어진다.
상기 압축기구(50)에서 압축된 고압냉매는, 토출관(36)을 통해 압축팽창유닛(30)에서 토출된다. 이 상태에서 고압냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 고압냉매는, 제 1 십자전환밸브(21)를 통해 실외열교환기(23)로 공급된다. 이 실외열교환기(23)에서는, 유입된 고압냉매가 실외공기에 방열한다.
상기 실외열교환기(23)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(22)를 지나, 유입포트(34)에서 팽창기구(60)의 팽창실(65)로 유입된다. 이 팽창실(65)에서는 고압냉매가 팽창되고, 그 내부에너지가 샤프트(40)의 회전동력으로 변환된다. 그리고 팽창 후의 저압냉매는, 유출포트(35)를 통해 압축팽창유닛(30)에서 유출되고, 제 2 십자전환밸브(22)를 지나 실내열교환기(24)로 공급된다.
상기 실내열교환기(24)에서는, 유입된 저압냉매가 실내공기로부터 흡열하고 증발되어 실내공기가 냉각된다. 상기 실내열교환기(24)에서 유출된 저압가스냉매는, 제 1 십자전환밸브(21)를 지나 흡입포트(32)에서 압축팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 흡입된다. 그리고 이 압축기구(50)는 흡입된 냉매를 다시 압축시켜 토출한다.
<난방운전>
이 난방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축팽창유닛(30)의 전동기(45)가 통전되면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기가 이루어진다.
상기 압축기구(50)에서 압축된 고압냉매는, 토출관(36)을 통해 압축팽창유닛(30)에서 토출된다. 이 상태에서 고압냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 고압냉매는, 제 1 십자전환밸브(21)를 통해 실내열교환기(24)로 공급된다. 이 실내열교환기(24)에서는, 유입된 고압냉매가 실내공기에 방열하여 실내공기가 가열된다.
상기 실내열교환기(24)에서 방열한 고압냉매는, 제 2 십자전환밸브(22)를 지나, 유입포트(34)에서 팽창기구(60)의 팽창실(65)로 유입된다. 이 팽창실(65)에서는 고압냉매가 팽창되고, 그 내부에너지가 샤프트(40)의 회전동력으로 변환된다. 그리고 팽창 후의 저압냉매는, 유출포트(35)를 통해 압축팽창유닛(30)에서 유출되고, 제 2 십자전환밸브(22)를 지나 실외열교환기(23)로 공급된다.
상기 실외열교환기(23)에서는, 유입된 저압냉매가 실내공기로부터 흡열하여 증발한다. 상기 실외열교환기(23)에서 유출된 저압가스냉매는, 제 1 십자전환밸브(21)를 지나 흡입포트(32)에서 압축팽창유닛(30)의 압축기구(50)로 흡입된다. 그리고 이 압축기구(50)는 흡입된 냉매를 다시 압축시켜 토출한다.
<팽창기구의 동작>
상기 팽창기구(60)의 동작에 대해 도 5를 참조하면서 설명한다. 이 팽창기구(60)의 팽창실(65)로 초임계상태의 고압냉매가 유입되면, 샤프트(40)가 도 5의 각 그림에서 역시계 방향으로 회전한다. 여기서 도 5는, 샤프트(40)의 회전각 45도별로 나타낸 것이다.
상기 샤프트(40)의 회전각이 0도인 시점에서는, 유입포트(34)의 종단이 상측 편심부(41) 단면에 의해 막힌다. 한편, 상기 상측 편심부(41)의 연락통로(9b)는 홈 형상 통로(9a) 일부와 연통되는 상태가 되며, 이 홈 형상 통로(9a)의 나머지는, 회전피스톤(67) 및 상측 편심부(41) 단면에 의해 막혀 팽창실(65)로 연통되지 않는 상태가 된다. 또 상기 팽창실(65)은, 유출포트(35)로 연통함으로써 전체가 저압측이 된다. 따라서 이 시점에서, 팽창실은 유입포트(34)와 차단된 상태가 되어 고압냉매는 팽창실(65)로 유입되지 않는다.
상기 샤프트(40)의 회전각이 45도인 시점에서는, 유입포트(34)가 연락통로(9b)로 연통된 상태이다. 그리고 이 연락통로(9b)는 홈 형상 통로(9a)로도 연통된다. 이 홈 형상 통로(9a)는, 도 5에서의 상단부가 회전피스톤(67)의 단면으로부터 떨어진 상태가 되어 팽창실(65)의 고압측과 연통한다. 이 시점에서 팽창실(65)이 홈형상 통로(9a) 및 연락통로(9b)를 통해 유입포트(34)로 연통된 상태가 되어, 고압냉매가 팽창실(65)의 고압측으로 유입된다. 즉 상기 팽창실(65)로의 고압냉매 유입은, 샤프트(40)의 회전각이 0도에서 45도에 이르는 사이에 개시된다.
상기 샤프트(40)의 회전각이 90도인 시점에서는, 여전히 팽창실(65)이 홈 형상 통로(9a) 및 연락통로(9b)를 통해 유입포트(34)로 연통된 상태이다. 따라서 상 기 샤프트(40)의 회전각이 45도에서 90도에 이르는 동안은, 고압냉매가 팽창실(65)의 고압측으로 계속 유입된다.
상기 샤프트(40)의 회전각이 135도인 시점에서는, 연락통로(9b)가 홈 형상 통로(9a) 및 유입포트(34) 양쪽으로부터 떨어진 상태이다. 이 시점에서 팽창실(65)은 유입포트(34)와 차단된 상태가 되어, 고압냉매는 팽창실(65)로 유입되지 않는다. 즉 상기 팽창실(65)로의 고압냉매 유입은, 샤프트(40)의 회전각이 90도에서 135도에 이르는 사이에 종료된다.
상기 팽창실(65)로의 고압냉매 유입이 종료되면, 팽창실(65)의 고압측이 폐쇄공간이 되어 내부의 냉매가 팽창된다. 즉 도 5의 각 그림에 나타낸 바와 같이, 샤프트(40)가 회전하여 팽창실(65)의 고압측 용적이 증대한다. 그 동안, 유출포트(35)로 연통된 팽창실(65)의 저압측으로부터, 팽창 후의 저압냉매가 유출포트(35)를 통해 계속 토출된다.
상기 팽창실(65)에서의 냉매 팽창은, 샤프트(40)의 회전각이 315도에서 360도에 이르는 동안, 회전피스톤(67)에서 실린더(63)와의 접촉부가 유출포트(35)에 달하기까지 계속된다. 그리고 상기 회전피스톤(67)에서 실린더(63)와의 접촉부가 유출포트(35)를 가로지르면, 팽창실(65)이 유출포트(35)로 연통되고, 팽창된 냉매의 토출이 개시된다. 그 후 상기 회전피스톤(67)에서 실린더(63)와의 접촉부가 유출포트(35)를 통과하면, 팽창실(65)이 유출포트(35)와 차단되어 팽창된 냉매의 토출이 종료된다.
전술한 바와 같이, 용적형 팽창기구(60)의 냉매 흡입 및 토출은, 샤프트(40) 의 회전각도에 따라 정해진다. 이로써 팽창기구(60)에서의 냉매 흡입유량 및 토출유량은, 전체 주기에서 단속적이다. 따라서 상기 팽창기구(60)의 유입포트(34) 및 유출포트(35)에 있어서, 흡입냉매 및 토출냉매의 압력변동(압력맥동)이 발생해버린다.
여기서 상기 압력완충수단(70)의 동작에 대해 설명한다. 상기 흡입냉매의 압력변동 발생에 의해, 압력완충실(71)의 유출입실(72) 냉매압력도 변동한다. 그리고 이 유출입실(72)과 배압실(73) 사이에 압력차가 발생한다.
그래서, 예를 들어 유입포트(34)의 흡입냉매 압력이 저하된 경우, 유출입실(72)의 냉매압력이 배압실(73) 냉매압력보다 낮아지므로, 피스톤(77)이 유출입실(72) 쪽으로 미끄럼 이동한다. 또 이와 동시에 스프링(78)이 늘어난다. 이 피스톤(77)의 이동에 의해, 유출입실(72)의 용적이 감소되고, 이 감소된 용적량과 같은 유량의 냉매가, 유출입실(72)에서 연통로(74)를 통해 유입포트(34)로 송출된다. 이로써 유입포트(34)에서의 흡입냉매 압력저하를 완화시킬 수 있다. 즉, 상기 압력완충실(71)은, 흡입냉매에 압력을 공급한 것이 된다. 그리고 상기 유입포트(34)의 흡입냉매, 유출입실(72) 및 배압실(73)은, 평형압력상태가 되어, 피스톤(77)이 통상의 소정 위치로 돌아간다. 이 때 상기 피스톤(77)은, 스프링(78)의 신장으로 생긴 탄성력에 의해 배압실(73) 쪽으로 당겨지므로, 확실하게 소정위치로 이동한다.
한편, 상기 유입포트(34)의 흡입냉매 압력이 상승한 경우, 유출입실(72)의 냉매압력이 배압실(73) 냉매압력보다 높아지므로, 피스톤(77)이 배압실(73) 쪽으로 미끄럼 이동한다. 또 이와 동시에 스프링(78)이 수축된다. 이 피스톤(77)의 이동에 의해, 유출입실(72)의 용적이 증대되고, 이 증대된 용적량과 같은 유량의 냉매가, 유입포트(34)에서 연통로(74)를 통해 유출입실(72)로 흡입된다. 이로써 유입포트(34)에서의 흡입냉매 압력상승을 완화시킬 수 있다. 즉, 상기 압력완충실(71)은, 흡입냉매로부터 압력을 흡수한 것이 된다. 그리고 상기 유입포트(34)의 흡입냉매, 유출입실(72) 및 배압실(73)은, 평형압력 상태가 되어, 피스톤(77)이 통상의 소정 위치로 돌아간다. 이 때 상기 피스톤(77)은, 스프링(78)의 수축으로 생긴 탄성력에 의해 유출입실(72) 쪽으로 밀리므로, 확실하게 소정위치로 이동한다.
이와 같이, 전술한 흡입냉매의 압력변동에 대한 억제작용은, 흡입냉매의 압력변동 발생원인 유입포트(34)로부터 거의 거리감 없는 위치에 배치된 압력완충실(71)에 의해 실행되므로, 종래와 같이 팽창기구로부터 떨어진 케이싱 외부에 어큐물레이터를 설치하는 경우에 비해 압력변동에 대한 억제력이 증대하며, 또 응답성도 향상된다. 따라서 흡입냉매의 압력변동이 효과적으로 억제된다. 그 결과, 흡입압력손실이 저감됨과 더불어 기기 전체의 진동이 억제된다.
-제 1 실시형태의 효과-
이상 설명한 바와 같이 본 제 1 실시형태에 의하면, 팽창실(65)로 흡입되는 흡입냉매의 압력변동을 억제하는 압력완충수단(70)을 케이싱(31) 내에 구성하도록 하므로, 압력완충수단(70)의 억제력을 흡입압력변동의 발생원인 팽창기구(60)의 유입포트(34)에 매우 가까운 위치에서 작용시킬 수 있다. 이로써 종래에 비해 압력변동에 대한 억제작용이 효과적으로 작용하며, 또 억제작용의 응답성이 향상된다. 따라서, 흡입냉매의 압력변동을 효과적으로 저감할 수 있다. 그 결과 압력변동에 기인하는 기기의 진동 및 압력손실을 효과적으로 저감할 수 있어, 기기의 신뢰성 및 운전효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 압력완충실(71)이 흡입압력변동의 발생원인 유입포트(34)로의 냉매 토출과 흡입을 행함으로써 압력변동을 억제하도록 하므로, 한층 억제작용이 효과적으로 작용하며, 응답성도 더욱 향상된다. 또한 상기 압력완충실(71)을 팽창기구(60)의 리어헤드(62) 내부에 형성하므로, 확실하게 유입포트(34)에 가까운 위치에서 억제력을 작용시킬 수 있을 뿐 아니라, 압력완충실(71)의 설치면적을 별도로 설정할 필요가 없으므로 기기의 대형화를 방지할 수 있다.
또 상기 압력완충실(71)을, 피스톤(77)에 의해 유입포트(34)와 연통하는 유출입실(72)과 배압실(73)로 구획하고, 이 피스톤(77)이 흡입압력의 변동에 따라 미끄럼 이동하여 유출입실(72)의 용적을 변화시키도록 하므로, 유출입실(72)에서 유입포트(34)로의 냉매 토출과 흡입을 확실하게 행할 수 있다. 이로써 확실하게 또 효과적으로 흡입압력의 변동을 억제할 수 있다.
특히, 상기 배압실(73)을 케이싱(31)의 내부공간(S)으로 연통시켜, 같은 케이싱(31) 내에 구성시킨 압축기구(50)의 토출압력을 배압으로 이용하도록 하므로, 별도 배압수단을 구성시킬 필요가 없어, 비교적 고가이며 중장비인 어큐물레이터에 비해 저가이며 간단한 구성으로 흡입압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
또, 상기 피스톤(77)에 스프링(78)을 설치하도록 하므로, 이 스프링(78)의 신축에 의한 탄성력에 의해 피스톤(77)의 미끄럼 이동을 촉진시킬 수 있다. 따라 서 상기 피스톤(77)을 흡입압력변동에 대해 확실하게 추종이동 시킬 수 있다. 그 결과 억제작용의 응답성을 한층 향상시킬 수 있다.
또한 냉매회로(20)의 냉매로 이산화탄소를 이용하므로, 지구 친환경적인 기기 및 장치를 제공할 수 있다. 특히 이산화탄소의 경우, 임계압 상태까지 압축되므로, 그만큼 흡입압력변동이 커지나, 이 흡입압력변동을 확실하게 또 효과적으로 억제할 수 있다.
-제 1 실시형태의 각 변형예-
상기 제 1 실시형태의 제 1 내지 제 3 변형예에 대해 각 도면을 참조하면서 설명한다. 우선, 제 1 변형예는 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 실시형태가 흡입냉매의 압력변동을 억제하도록 한 것 대신, 토출냉매의 압력변동을 억제하도록 한 것이다. 구체적으로는, 상기 압력완충수단(70)의 압력완충실(71)이 리어헤드(62) 내부에서의 유출포트(35)에 대응하는 위치에 형성된다. 그리고 상기 압력완충실(71)에는, 유출입실(72)을 유출포트(35)로 연통시키는 연통로(74)가 배치된다. 즉, 이 연통로(74)는 리어헤드(62) 및 실린더(63)에 걸쳐 형성된다. 이로써 토출냉매의 압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
다음으로, 제 2 변형예는 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 변형예가 압력완충실(71)을 리어헤드(62)에 형성한 것 대신, 프론트헤드(61)에 형성하도록 한 것이다. 구체적으로는 상기 압력완충실(71)이 프론트헤드(61) 내부의 유출포트(35)에 대응하는 위치에 형성되고, 연통로(74)가 프론트헤드(61) 및 실린더(63) 에 걸쳐 형성된다. 또 상기 유입포트(34)는, 리어헤드(62) 대신 프론트헤드(61)에 형성된다. 즉 상기 유입포트(34)는, 시작단이 프론트헤드(61)의 외주면으로 개구되고, 종단이 지름방향 쪽으로 연장된 후, 위쪽으로 이어져 팽창실(65)로 개구된다. 이와 같이 압력완충실(71) 및 유입포트(34)를 프론트헤드(61)에 집중적으로 형성하도록 하므로, 부재가공의 작업효율이 향상된다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
다음에, 제 3 변형예는 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 제 1 실시형태가 유입포트(34) 및 압력완충실(71)을 리어헤드(62)에 형성한 것 대신, 양쪽 모두 프론트헤드(61)에 형성하도록 한 것이다. 구체적으로 상기 유입포트(34)는, 상기 제 2 변형예와 마찬가지로 형성된다. 상기 압력완충실(71)은, 샤프트(40)에 대해 유입포트(34)와 반대쪽에 형성된다. 그리고 상기 유입포트(34)와 압력완충실(71)의 유출입실(72)과는 연통로(74)로 접속된다. 즉 이 연통로(74)는, 프론트헤드(61) 내부에서, 둘레방향으로 대략 반둘레에 걸쳐 형성된다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
[제 2 실시형태]
다음으로 본 발명의 제 2 실시형태를 도 9를 참조하면서 설명한다.
본 제 2 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 압력완충수단(70) 구성을 변경한 것이다. 즉 상기 제 1 실시형태에서는, 배압실(73)의 배압으로서 압축기구(50)의 토출유체를 이용했으나, 본 실시형태에서는 유입포트(34)의 흡입냉매를 이용하도록 한 것이다.
구체적으로 상기 압력완충실(71)은, 유입포트(34)와의 사이에 접속관(81)을 구비한다. 이 접속관(81)은, 한끝이 유입포트(34)에서의 연통로(74) 접속위치보다 상류에 접속되며, 다른 끝이 압력완충실(71)의 배압실(73)에 접속된다. 그리고 상기 접속관(81)은 도중에 모세관(82)이 배치된다. 여기서 상기 배압실(73)은, 폐색덮개(75)에 의해 케이싱(31) 내부공간(S)과 완전히 차단된다.
이 경우, 유출입실(72)은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 유입포트(34)의 흡입냉매로 채워져 그 냉매와 같은 압력상태가 된다. 한편, 상기 배압실(73)은, 유입포트(34)의 흡입냉매로 채워지나, 그 냉매보다 모세관(82)의 마찰저항 양만큼 낮은 압력상태가 된다. 그리고 상기 압력완충실(71)은, 통상 시에 유출입실(72) 압력과 배압실(73) 압력 및 모세관(82)의 마찰저항력이 피스톤(77)을 개재하고 평형상태로 된다.
여기서, 예를 들어 유입포트(34)에서의 흡입냉매 압력이 저하된 경우, 모세관(82)의 마찰저항에 의해, 배압실(73) 압력보다 유출입실(72) 압력이 크게 저하되므로, 양쪽(72, 73)의 평형상태가 깨진다. 이로써 피스톤(77)이 유출입실(72) 쪽으로 미끄럼 이동한다. 이 이동에 의해 유출입실(72)의 용적이 감소되고, 이 감소된 용적량의 냉매가 유출입실(72)로부터 유입포트(34)로 토출된다. 그 결과 흡입냉매의 압력저하가 완화된다. 이 때, 상기 배압실(73)의 용적이 증대하나, 모세관(82)을 통하기 때문에 유입포트(34)의 흡입냉매는 배압실(73)로 거의 흐르지 않으므로, 배압실(73)의 압력이 저하되어 평형상태에 가까워진다.
또 상기 흡입냉매 압력이 상승한 경우, 모세관(82)의 마찰저항에 의해, 배압 실(73) 압력보다 유출입실(72) 압력이 크게 상승하므로, 양쪽(72, 73)의 평형상태가 깨진다. 이로써 피스톤(77)이 배압실(73) 쪽으로 미끄럼 이동한다. 이 이동에 의해, 유출입실(72)의 용적이 증대하고, 이 증대된 용적량의 냉매가 유입포트(34)로부터 유출입실(72)로 흡입된다. 그 결과 흡입냉매의 압력상승이 완화된다. 이 때, 상기 배압실(73)의 용적이 감소되나, 모세관(82)을 통하기 때문에 배압실(73)의 냉매는 유입포트(34)로 거의 흐르지 않으므로, 배압실(73)의 압력이 상승하여 평형상태에 가까워진다.
이와 같이 본 실시형태에서도, 피스톤(77)이 흡입냉매의 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적을 변화시킴으로써, 유입포트(34)로의 냉매 토출과 흡입을 행하도록 한다. 따라서 흡입냉매의 압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다.
또 상기 배압실(73)의 배압으로서 유입포트(34)의 흡입압력을 이용하도록 하므로, 제 1 실시형태와 마찬가지로 별도 배압수단을 구성시킬 필요가 없어, 저가이며 간단한 구성으로 흡입압력변동을 효과적으로 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
-제 2 실시형태의 변형예-
상기 제 2 실시형태의 변형예에 대해 도 10을 참조하여 설명한다. 이 변형예는, 제 2 실시형태가 유입포트(34) 및 압력완충실(71)을 리어헤드(62)에 형성한 것 대신, 양쪽 모두 프론트헤드(61)에 형성하도록 한 것이다. 즉 상기 유입포트(34) 및 압력완충실(71)은, 상기 제 1 실시형태의 제 3 변형예와 마찬가지로 프론트헤드(61)의 내부에 형성된다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 2 실시형태와 마찬가지이다.
[제 3 실시형태]
다음으로 본 발명의 제 3 실시형태를 도 11을 참조하면서 설명한다.
본 제 3 실시형태는, 상기 제 1 실시형태가 압력완충실(71)을 리어헤드(62) 내부에 형성하도록 한 것 대신, 리어헤드(62)에 지지되는 부설부재(83)에 형성하도록 한 것이다.
상기 부설부재(83)는, 리어헤드(62)보다 작은 둘레의 판상으로 형성된다. 이 부설부재(83)는, 유입포트(34)를 거의 중심으로 하여 리어헤드(62) 상단 면에 설치된다. 상기 유입포트(34)는, 상기 부설부재(83) 및 리어헤드(62)에 걸쳐 상하방향으로 관통하여 형성된다. 그리고 상기 압력완충실(71)이, 리어헤드(62)에 형성된 경우와 마찬가지 요령으로, 부설부재(83)의 내부에 형성된다.
이 경우, 부설부재(83)를, 케이싱(31)의 내부공간(S)을 이용하여 팽창기구(60)에 설치할 수 있다. 또 기존 설치된 팽창기에 대해, 미리 내부에 압력완충실(71)과 유입포트(34)를 형성한 부설부재(83)를 나중에 설치하는 것만으로, 팽창기구(60)에서의 압력맥동을 용이하게 또 효과적으로 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
여기서 본 실시형태에서는, 부설부재(83)를 리어헤드(62) 상단 면에 설치하도록 했으나, 프론트헤드(61)의 하단 면에 설치하도록 해도 된다. 이 경우, 상기 유입포트(34)는 제 1 실시형태의 제 2 변형예와 마찬가지로, 프론트헤드(61)에 형성된다.
[제 4 실시형태]
다음으로 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 도 12를 참조하면서 설명한다.
본 제 4 실시형태는, 상기 제 1 실시형태에서의 압력완충실(71) 구성을 변경한 것이다. 즉 상기 제 1 실시형태의 피스톤(77) 및 스프링(78) 대신, 본 실시형태는 분리막(84)을 이용하도록 한다.
상기 분리막(84)은, 변형이 자유로운 탄성체로 형성된 풍선형으로, 개구부를 갖는 용기형상의 것이다. 이 분리막(84)은, 압력완충실(71) 내에 수납되며, 개구부가 연통로(74)에 접속된다. 상기 압력완충실(71)은, 상기 분리막(84)에 의해 유출입실(72)과 배압실(73)로 구획된다. 즉 상기 압력완충실(71)에 있어서, 분리막(84)의 내부공간이 유출입실(72)을 구성하고, 외부공간이 배압실(73)을 구성한다. 상기 유출입실(72) 및 배압실(73)은 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 유입포트(34)의 흡입냉매 및 압축기구(50)의 토출냉매로 채워져 그 냉매와 같은 압력상태가 된다.
여기서, 예를 들어 유입포트(34)에서의 흡입냉매 압력이 저하된 경우, 유출입실(72)의 냉매압력이 배압실(73)의 냉매압력보다 낮아지므로 분리막(84)이 수축된다. 이 수축에 의해 분리막(84)의 용적, 즉 유출입실(72)의 용적이 감소되고, 그 감소된 용적량과 같은 유량의 냉매가, 유출입실(72)로부터 유입포트(34)로 송출된다. 이로써 유입포트(34)에서 흡입냉매의 압력저하를 완화시킬 수 있다. 즉, 상기 압력완충실(71)은 흡입냉매에 압력을 공급한 것이 된다. 그리고 상기 유입포트(34)의 흡입냉매, 유출입실(72) 및 배압실(73)은 평형압력상태가 되어, 분리 막(84)이 통상 용적까지 팽창된다.
한편, 상기 유입포트(34)에서의 흡입냉매 압력이 상승한 경우, 유출입실(72)의 냉매압력이 배압실(73)의 냉매압력보다 높아지므로 분리막(84)이 팽창한다. 이 팽창에 의해 유출입실(72)의 용적이 증대하고, 그 증대된 용적량과 같은 유량의 냉매가, 유입포트(34)로부터 유출입실(72)로 흡입된다. 이로써 유입포트(34)에서 흡입냉매의 압력상승을 완화시킬 수 있다. 즉, 상기 압력완충실(71)은 흡입냉매로부터 압력을 흡수한 것이 된다. 그리고 상기 유입포트(34)의 흡입냉매, 유출입실(72) 및 배압실(73)은 평형압력상태가 되어, 분리막(84)이 통상 용적까지 수축된다. 이와 같이 분리막(84)은, 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적이 변화하도록 변위 자유롭게 구성된다.
또 상기 분리막(84)은, 팽창 및 수축에 의해 탄성력이 생기므로, 그 자신의 탄성력에 의해 팽창 및 수축이 촉진된다. 따라서 상기 분리막(84)이 압력변동에 확실하게 추종하여 팽창 및 수축을 행할 수 있다. 그 결과, 압력변동을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
[제 5 실시형태]
다음으로 본 발명의 제 5 실시형태에 대해 도 13 및 도 14를 참조하면서 설명한다.
본 제 5 실시형태는, 상기 제 1 실시형태의 팽창기구(60) 구성을 변경한 것이다. 즉, 상기 제 1 실시형태가 팽창기구(60)를 1단식 회전형 팽창기로 구성한 것 대신, 본 실시형태의 팽창기구(60)는 2단식 회전형 팽창기로 구성된다. 또 이에 따라, 상기 압력완충수단(70)의 설치위치를 변경한다. 여기서는 팽창기구(60)에 있어서 제 1 실시형태와 다른 점에 대해 설명한다.
상기 압축팽창유닛(30)의 샤프트(40)는, 상단측에 2개의 대경편심부(41a, 41b)가 형성된다. 이 대경편심부(41a, 41b)는, 주축부(44)보다 큰 지름으로 형성되며, 아래쪽이 제 1 대경편심부(41a)를, 위쪽이 제 2 대경편심부(41b)를 각각 구성한다. 이 제 1 대경편심부(41a) 및 제 2 대경편심부(41b)는, 모두 주축부(44)의 축심에 대해 동일방향으로 편심한다. 그리고 그 편심량은, 제 2 대경편심부(41b) 쪽이 제 1 대경편심부(41a)보다 크게 구성된다. 또 상기 제 2 대경편심부(41b)의 바깥지름은, 제 1 대경편심부(41a)의 바깥지름보다 크게 구성된다.
상기 팽창기구(60)는, 2단식 요동피스톤형의 회전식 팽창기이다. 이 팽창기구(60)는, 실린더(63a, 63b) 및 회전피스톤(67a, 67b) 2개씩과, 프론트헤드(61) 및 리어헤드(62)와, 중간플레이트(101)를 구비한다. 상기 팽창기구(60)는, 밑에서 위를 향해 차례로 프론트헤드(61), 제 1 실린더(63a), 중간플레이트(101), 제 2 실린더(63b), 및 리어헤드(62)가 적층된 상태로 구성된다.
상기 제 1 실린더(63a)는, 하측 단면이 프론트헤드(61)에 의해 막히고, 상측 단면이 중간플레이트(101)에 의해 막힌다. 상기 제 1 실린더(63a)는, 하측 단면이 중간플레이트(101)에 의해 막히고, 상측 단면이 리어헤드(62)에 의해 막힌다. 또 상기 제 2 실린더(63b)는, 안지름이 제 1 실린더(63a)의 안지름보다 크며, 또 상하방향의 두께가 제 1 실린더(63a)보다 크다.
상기 샤프트(40)는, 적층된 상태의 프론트헤드(61), 제 1 실린더(63a), 중간플레이트(101), 제 2 실린더(63b), 및 리어헤드(62)를 관통한다. 또 상기 샤프트(40)의 제 1 대경편심부(41a)는 제 1 실린더(63a) 내에 위치하며, 제 2 대경편심부(41b)는 제 2 실린더(63b) 내에 위치한다.
상기 제 1 실린더(63a) 내부에는 제 1 회전피스톤(67a)이, 제 2 실린더(63b) 내부에는 제 2 회전피스톤(67b)이 각각 배치된다. 이 2개의 회전피스톤(67a, 67b)은, 모두 고리형 또는 원통형으로 형성된다. 그리고 상기 제 1 회전피스톤(67a)에는 제 1 대경편심부(41a)가, 제 2 회전피스톤(67b)에는 제 2 대경편심부(41b)가 각각 회전 자유롭게 결합된다. 또 상기 제 2 회전피스톤(67b)은, 바깥지름이 제 1 회전피스톤(67a)의 바깥지름보다 크다.
상기 제 1 회전피스톤(67a)은, 외주 면이 제 1 실린더(63a) 내주 면에 미끄럼 접촉함과 동시에, 하단 면이 프론트헤드(61)에, 상단 면이 중간플레이트(101)에 각각 미끄럼 접촉한다. 그리고 상기 제 1 실린더(63a) 내에는, 그 내주 면과 제 1 회전피스톤(67a)의 외주 면 사이에 제 1 팽창실(65a)이 형성된다.
상기 제 2 회전피스톤(67b)은, 외주 면이 제 2 실린더(63b) 내주 면에 미끄럼 접촉함과 동시에, 하단 면이 중간플레이트(101)에, 상단 면이 리어헤드(62)에 각각 미끄럼 접촉한다. 그리고 상기 제 2 실린더(63b) 내에는, 내주 면과 제 2 회전피스톤(67b)의 외주 면 사이에 제 2 팽창실(65b)이 형성된다.
상기 각 회전피스톤(67a, 67b)에는, 블레이드(6a, 6b)가 1개씩 일체로 형성된다. 이 블레이드(6a, 6b)는, 회전피스톤(67a, 67b)의 반지름 방향으로 이어지는 판상으로 형성되며, 회전피스톤(67a, 67b)의 외주 면에서 외측으로 돌출된다. 그리고 상기 제 1 실린더(63a) 내의 제 1 팽창실(65a)은, 상기 제 1 블레이드(6a)에 의해, 고압측인 제 1 고압실(103a)과 저압측인 제 1 저압실(104a)로 구획된다. 한편, 상기 제 2 실린더(63b) 내의 제 2 팽창실(65b)은, 상기 제 2 블레이드(6b)에 의해, 고압측인 제 2 고압실(103b)과 저압측인 제 2 저압실(104b)로 구획된다.
또 상기 각 실린더(63a, 63b)에는, 한 쌍의 부시(68a, 68b)가 1조씩 형성된다. 이 각 부시(68a, 68b)는, 내측 면이 평면이고 외측 면이 원호 면인 거의 반원형으로 형성되며, 블레이드(6a, 6b)를 개재한 상태로 장착된다. 이 각 부시(68a, 68b)는, 내측 면이 블레이드(6a, 6b)와, 외측 면이 실린더(63a, 63b)와 각각 미끄럼 운동한다. 그리고 상기 블레이드(6a, 6b)는, 부시(68a, 68b)를 개재하고 실린더(63a, 63b)에 지지되며, 이 실린더(63a, 63b)에 대해 회전운동 자유롭게, 또 진퇴 자유롭게 구성된다.
상기 팽창기구(60)는, 프론트헤드(61)에 형성된 유입포트(34)와, 제 2 실린더(63b)에 형성된 유출포트(35)를 구비한다. 상기 유입포트(34)는, 프론트헤드(61)의 지름방향 안쪽으로 이어지며, 종단이 프론트헤드(61)의 내측 면 중 도 14에서 부시(68a)의 약간 왼쪽 위치로 개구된다. 즉 상기 유입포트(34)는 제 1 고압실(103a)과 연통한다. 한편 상기 유출포트(35)는, 제 2 실린더(63b)를 반지름 방향으로 관통하며, 종단이 제 2 실린더(63b) 내의 제 2 저압실(104b)로 개구된다. 그리고 상기 유입포트(34) 및 유출포트(35)는 흡입통로 및 토출통로를 구성한다.
상기 중간플레이트(101)는, 두께방향에 대해 경사지게 관통하는 연락통 로(102)가 형성된다. 이 연락통로(102)는, 입구 쪽인 한끝이 제 1 실린더(63a) 내 제 1 블레이드(6a)의 오른쪽 위치로 개구되며, 출구 쪽인 다른 끝이 제 2 실린더(63b) 내 제 2 블레이드(6b)의 왼쪽 위치로 개구된다. 즉 상기 연락통로(102)는, 제 1 팽창실(65a)의 제 1 저압실(104a)과 제 2 팽창실(65b)의 제 2 고압실(103b)을 연통시킨다.
그리고 본 발명의 특징인 압력완충수단(70)이 프론트헤드(61)에 형성된다. 즉 상기 압력완충실(71)이, 상기 제 1 실시형태의 제 3 변형예와 마찬가지로 프론트헤드(61)에서 유입포트(34)와 반대쪽에 위치하며, 이 유입포트(34)와 연통된다.
-팽창기구의 동작-
다음으로 상기 팽창기구(60)의 동작에 대해 도 15를 참조하면서 설명한다.
우선, 상기 제 1 실린더(63a)의 제 1 고압실(103a)로 고압냉매가 유입되는 과정에 대해 설명한다. 상기 샤프트(40)의 회전각이 0도인 상태에서 샤프트(40)가 약간 회전하면, 제 1 회전피스톤(67a)과 제 1 실린더(63a)의 접촉부가 유입포트(34)를 통과하여, 유입포트(34)로부터 제 1 고압실(103a)로 고압냉매가 유입되기 시작한다. 그 후, 샤프트(40)의 회전각이 90도, 180도, 270도로 커짐에 따라 제 1 고압실(103a)의 용적이 점차 증대하여 고압냉매가 계속 유입된다. 이 제 1 고압실(103a)로의 고압냉매 유입은, 샤프트(40)의 회전각이 360도에 달할 때까지 계속된다.
다음으로 상기 팽창기구(60)에서 냉매가 팽창되는 과정에 대해 설명한다. 상기 샤프트(40)의 회전각이 0도인 상태에서 샤프트(40)가 약간 회전하면, 제 1 저 압실(104a)과 제 2 고압실(103b)이 연락통로(102)를 통해 연통상태가 되어, 제 1 저압실(104a)에서 제 2 고압실(103b)로 냉매가 유입되기 시작한다. 그 후, 샤프트(40)의 회전각이 90도, 180도, 270도로 커짐에 따라 제 1 저압실(104a)의 용적이 점차 감소되는 동시에 제 2 고압실(103b)의 용적이 점차 증대한다. 그 결과 제 1 저압실(104a)과 제 2 고압실(103b)을 합한 용적이 점차 증대하게 된다. 이 양쪽(104a, 103b) 합계용적의 증대는, 샤프트(40)의 회전각이 360도에 달하기 직전까지 계속된다. 그리고 상기 양쪽(104a, 103b)의 합계용적이 증대하는 과정에서 그 양쪽(104a, 103b) 내의 냉매가 팽창되며, 이 냉매의 팽창에 의해 샤프트(40)가 회전 구동된다. 즉 상기 제 1 저압실(104a) 내의 냉매는, 연락통로(102)를 통해 제 2 고압실(103b)로 팽창되면서 유입된다.
다음에, 상기 제 2 실린더(63b)의 제 2 저압실(104b)로부터 냉매가 토출되는 과정에 대해 설명한다. 상기 제 2 저압실(104b)은, 샤프트(40)의 회전각이 0도인 시점에서 유출포트(35)로 연통되기 시작한다. 즉 이 제 2 저압실(104b)에서 유출포트(35)로 냉매의 토출이 개시된다. 이 냉매의 토출은, 샤프트(40)의 회전각이 360도까지 달하는 동안에 걸쳐 이루어진다.
이와 같이, 2단식의 회전식 팽창기의 경우도, 냉매의 흡입 및 토출은 샤프트(40)의 회전각도에 의해 정해진다. 따라서 상기 유입포트(34)에서 흡입냉매 압력변동(압력맥동)이 발생하나, 이 압력변동을 압력완충실(71)에 의해 효과적으로 억제할 수 있다. 그 밖의 구성, 작용 및 효과는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
[그 밖의 실시형태]
본 발명은 상기 각 실시형태에 대해 다음과 같은 구성으로 해도 된다.
예를 들어 상기 각 실시형태에서는, 압력완충실(71)에 피스톤(77) 또는 분리막(84)을 배치하여 유입포트(34)로의 냉매 토출 및 흡입을 행하도록 했으나, 이에 한정됨 없이 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적을 변화시킬 수 있는 것이라면 다른 수단을 이용하도록 해도 된다.
또 상기 팽창기구(60)를 회전식 팽창기로 구성했으나, 스크롤식 팽창기 등이라도 본 발명을 적용할 수 있다.
또 상기 각 실시형태에서는, 흡입냉매 및 토출냉매 중 어느 한쪽의 압력변동을 억제하도록 했으나, 유입포트(34) 및 토출포트(33) 각각에 압력완충수단(70)을 구성하고, 쌍방의 압력변동을 억제하도록 해도 된다.
또 상기 압력완충실(71)에 피스톤(77)을 설치한 실시형태에 있어서, 스프링(78)을 생략하도록 해도 되며, 배압실(73)이 아닌 유출입실(72)에 설치하도록 해도 됨은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 고압유체의 팽창에 의해 동력을 발생시키는 용적형 팽창기로서 유용하다.

Claims (8)

  1. 케이싱(31) 내에, 팽창실(65)에서 유체가 팽창됨으로써 동력이 발생하는 팽창기구(60)를 구비한 용적형 팽창기에 있어서,
    상기 케이싱(31) 내에는, 상기 팽창실(65)로 흡입되는 유체 및 상기 팽창실(65)로부터 토출되는 유체의 적어도 어느 한쪽의 압력변동을 억제하는 압력완충수단(70)이 구성되는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창기구(60)는, 유체를 팽창실(65)로 도입하는 흡입통로(34)와 팽창 후의 유체를 팽창실(65)로부터 토출하는 토출통로(35)를 구비하며,
    상기 압력완충수단(70)은, 유체의 압력변동에 따라 상기 흡입통로(34) 또는 상기 토출통로(35)로의 유체 흡입과 토출을 행하도록 구성된 압력완충실(71)을 구비하는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 압력완충수단(70)의 압력완충실(71)은, 팽창실(65) 형성부재(61, 62)의 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 압력완충수단(70)의 압력완충실(71)은, 팽창실(65)의 형성부재(61, 62)로 지지된 부설부재(83)에 형성되는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 케이싱(31) 내에는, 유체 압축기구(50)가 구성되며, 케이싱(31) 내부공간(S)이 상기 압축기구(50)에 의해 압축된 유체로 채워지는 한편,
    상기 압력완충실(71)은, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 연통하는 유체의 유출입실(72)과, 상기 케이싱(31) 내부공간(S)과 연통하는 배압실(73)과, 상기 유출입실(72)과 배압실(73)을 구획하며 유체의 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적이 변화되도록 변위 자유롭게 구성된 구획부재(77)를 구비하는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  6. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 압력완충실(71)은, 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)로 연통하는 유체의 유출입실(72)과, 모세관(82)을 갖는 접속관(81)에 의해 흡입통로(34) 또는 토출통로(35)에 접속되는 배압실(73)과, 상기 유출입실(72)과 배압실(73)을 구획하며 유체의 압력변동에 따라 유출입실(72)의 용적이 변화되도록 변위 자유롭게 구성된 구획부재(77)를 구비하는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    냉매가 순환하여 증기압축식 냉동주기를 행하는 냉매회로(20)에 이용되는 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 냉매는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 용적형 팽창기.
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