KR20090082430A - 유체기계 - Google Patents

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KR20090082430A
KR20090082430A KR1020097010633A KR20097010633A KR20090082430A KR 20090082430 A KR20090082430 A KR 20090082430A KR 1020097010633 A KR1020097010633 A KR 1020097010633A KR 20097010633 A KR20097010633 A KR 20097010633A KR 20090082430 A KR20090082430 A KR 20090082430A
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compression mechanism
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KR1020097010633A
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에이지 구마쿠라
가츠미 사키타니
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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

케이싱(31) 내에, 냉매를 압축하는 압축기구(50)와, 냉매를 팽창시키는 팽창기구(60)와, 이들 압축기구(50) 및 팽창기구(60)를 연결하는 회전축(40)을 수납한다. 케이싱(31)의 내부공간을, 팽창기구(60)가 수납되는 제 1 공간(48)과, 압축기구(50)가 수납되는 제 2 공간(49)으로 구획하고, 회전축(40)이 관통하는 단열재(90)를 구성시킨다. 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새를 탄성변형 가능한 O링(92)으로 차폐한다.

Description

유체기계{FLUID MACHINERY}
본 발명은, 압축기구와 팽창기구가 하나의 케이싱 내에 수납된 유체기계에 관한 것이다.
종래부터, 팽창기구와 전동기 및 압축기구를 하나의 회전축으로 연결한 유체기계가 알려져 있다. 이 유체기계에 있어서 팽창기구에서는, 도입된 유체의 팽창에 의해 동력이 발생한다. 팽창기구에서 발생한 동력은, 전동기에서 발생한 동력과 함께 회전축에 의하여 압축기구로 전달된다. 그리고, 압축기구는 팽창기구 및 전동기로부터 전달된 동력에 의하여 구동되고, 유체를 흡입하여 압축하도록 구성된다.
이와 같은 유체기계에서는, 고온의 압축기로부터 토출되는 유체에 의하여 팽창기구가 가열된다. 이로써, 급탕용도에 있어서는, 토출가스온도의 저하에 의하여 토출온수 온도의 저하를 초래한다. 또, 공조용도에 있어서는, 난방 시의 토출온도가 저하되며, 냉방 시에는 능력이 저하된다. 팽창기구 자체에 관해서는, 내부 열손실에 의하여 동력회수 효과가 상쇄된다.
그래서, 이와 같은 능력저하나 동력회수 효과의 저하라는 문제를 방지하기 위하여, 예를 들어 특허문헌1(일본 특허공개 2005-106064호 공보)에는, 팽창기구측 에 단열재를 부설하는 기술이 개시되었다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그러나, 상기 특허문헌1에는, 단열재를 프론트 헤드에 접해 설치하기 때문에, 조립의 용이함이나, 케이싱과 단열재의 선팽창 계수의 차이에 따른 단열재의 열팽창에 의한 파손 방지를 고려하면, 단열재 및 프론트 헤드의 외주부와 케이싱 내주면과의 사이에는 소정의 틈새가 필요하다.
이 틈새를 형성하면, 팽창기구 쪽의 제 1 공간은 저온, 고밀도이며, 압축기구 쪽의 제 2 공간은 고온, 저밀도이기 때문에, 팽창기구 쪽 냉매와 압축기구 쪽 냉매가 이 틈새를 지나 관류한다. 예를 들어, 냉매로 이산화탄소를 공조난방 조건에서 사용하고, 압축기구 토출압력 9MPA이고 토출온도가 85℃일 경우, 팽창기구의 표면온도는 20℃ 정도가 되는 경우가 있다. 이 때, 압축기구 쪽의 제 2 공간 및 팽창기구 쪽 제 1 공간의 냉매밀도는 각각 180kg/㎥, 840kg/㎥로, 양 공간의 밀도비는 4배 이상이 된다.
그 결과, 상기 단열재를 설치해도, 팽창기구 쪽의 제 1 공간과 압축기구 쪽 제 2 공간 사이의 냉매대류가 발생하여, 압축기구 쪽의 토출냉매는 팽창기구 쪽 냉매에 의해 냉각되며, 팽창기구 내를 흐르는 냉매는 압축기구 쪽 냉매에 의해 팽창기구의 열전도를 통해 가열된다. 이로써, 전술한 바와 같은, 급탕용도에서의 토출온수 온도 저하나 공조용도의 난방 시 토출온도 저하, 냉방 시의 능력부족 등이 발생함과 더불어, 팽창기구 자체에 관해서는 동력회수 효과가 상쇄되어버린다는 문제는, 여전히 해소되지 않았다.
본 발명은, 이러한 점에 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 압축기구와 팽창기구가 하나의 케이싱 내에 수납된 유체기계에 있어서, 조립 용이성이나 단열재의 열팽창에 의한 파손을 고려하면서, 팽창기구 쪽의 제 1 공간과 압축기구 쪽의 제 2 공간 사이의 냉매대류를 방지하여 물질이동에 의한 열교환을 방지하고, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새를 시일(seal) 수단으로 차폐하도록 한다.
구체적으로 제 1 발명은, 냉매를 순환시켜 냉동 사이클을 행하는 냉매회로(20)에 설치되는 유체기계를 대상으로 한다.
상기 유체기계는, 케이싱(31)과, 상기 케이싱(31)에 수납되며 냉매를 압축하는 압축기구(50)와, 상기 케이싱(31)에 수납되며 냉매를 팽창시키는 팽창기구(60)와, 상기 케이싱(31)에 수납되며 상기 압축기구(50) 및 상기 팽창기구(60)를 연결하는 회전축(40)과, 상기 케이싱(31)의 내부공간에 형성되며, 이 내부공간을 상기 팽창기구(60)가 수납되는 제 1 공간(48)과, 상기 압축기구(50)가 수납되는 제 2 공간(49)으로 구획하고, 상기 회전축(40)이 관통하는 단열재(90)와, 상기 단열재(90)의 외주면과 상기 케이싱(31)의 내주면 사이의 틈새를 차폐하는 탄성변형 가능한 시일 수단(92, 94)을 구비한다.
상기 구성에 의하면, 냉매회로(20)에 설치된 유체기계(30)의 압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 방열용 열교환기에서 방열된 후에 유체기계(30)의 팽창기구(60)로 유입된다. 팽창기구(60)에서는, 유입된 고압냉매가 팽창된다. 팽창기구(60)에서 고압냉매로부터 회수된 동력은, 회전축(40)에 의하여 압축기구(50)로 전달되며, 압축기구(50)를 구동시키기 위하여 이용된다. 팽창기구(60)에서 팽창된 냉매는, 흡열용 열교환기에서 흡열된 후에 유체기계(30)의 압축기구(50)로 흡입된다.
상기 케이싱(31)의 내부공간을, 팽창기구(60)가 수납되는 제 1 공간(48)과, 압축기구(50)가 수납되는 제 2 공간(49)으로, 단열재(90)에 의하여 구획함으로써, 제 1 공간(48)은 저온, 고밀도가 되고, 제 2 공간(49)은 고온 저밀도가 된다. 한편, 조립의 용이함이나 케이싱(31)과 단열재(90)의 선 팽창계수의 차이에 따른, 단열재(90)의 열팽창에 의한 파손 방지를 고려하면, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이에는, 소정의 틈새가 필요해진다. 이 틈새를 형성해도, 탄성변형 가능한 시일 수단이 틈새를 차폐하므로, 팽창기구(60) 쪽 냉매와 압축기구(50) 쪽 냉매가 이 틈새를 통해 관류하는 일은 없다. 이로써, 물질 이동에 의한 열교환이 발생하지 않고, 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 생기지 않는다.
제 2 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)에서 냉매가 직접 압축기구(50)로 도입되고, 이 압축기구(50)에서 압축된 냉매가 상기 제 2 공간(49)으로 토출되어, 이 제 2 공간(49)에서 케이싱(31) 밖으로 유출되도록 구성되며, 상기 단열재(90)는, 상기 팽창기구(60)의 압축기구(50) 쪽에 접한다.
상기 구성에 의하면, 케이싱(31) 내가 고온 고압으로 유지되는, 이른바 고압 돔형의 유체기계이다. 이 경우, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한, 저온의 팽창기구(60)에 접하도록 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류가 효과적으로 방지되어, 물질 이동에 의한 열교환이 발생하지 않아 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 생기지 않는다.
제 3 발명은 상기 제 1 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)로부터 냉매가 직접 압축기구(50)로 도입되고, 압축된 냉매가 직접 케이싱(31) 밖으로 토출되도록 구성되며, 상기 단열재(90)는, 상기 압축기구(50)에서의 팽창기구(60) 쪽으로 접한다.
상기 구성에 의하면, 케이싱(31) 내가 저온 저압으로 유지되는, 이른바 저압 돔형의 유체기계가 된다. 이로써, 팽창기구(60)가 고온의 토출냉매에 의해 가열되는 일없이, 그 고온의 토출냉매가 팽창기구(60)로 냉각되는 일은 없다. 그리고, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한, 고온의 압축기구(50)에 접하도록 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류가 효과적으로 방지되어, 물질 이동에 의한 열교환이 발생하지 않아 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 생기지 않는다.
제 4 발명은 상기 제 1 내지 제 3 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 시일 수단은, 단열재(90) 외주에 장착되는 O링(92)인 것으로 한다.
상기 구성에 의하면, 조립 시에는 탄성변형 가능한 O링(92)이 압축되어 변형되므로, 케이싱(31) 내에 단열재(90)를 삽입하기 쉽다. 또, 상기 단열재(90)가 열팽창하여도, O링(92)이 압축되기만 할 뿐 단열재(90)는 파손되지 않으며, 역으로 단열재(90)가 열수축하여도, 압축되었던 O링(92)이 원래 상태로 돌아오기만 할 뿐이어서, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새가 차폐된다. 이로써, 냉매대류가 방지되어, 물질 이동에 의한 열교환이 발생하지 않아 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 생기지 않는다.
제 5 발명은 상기 제 1 내지 제 3 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 시일 수단은, 단열재(90) 외주에 일체로 형성된 플랜지부(94)이다.
상기 구성에 의하면, 조립 시에는 탄성변형 가능한 플랜지부(94)가 압축되어 변형되므로, 케이싱(31) 내에 단열재(90)를 삽입하기 쉽다. 또, 단열재(90)가 열팽창하여도, 플랜지부(94)가 압축되기만 할 뿐 단열재(90)는 파손되지 않으며, 역으로 단열재(90)가 열수축하여도, 압축되었던 플랜지부(94)가 원래 상태로 돌아오기만 할 뿐이어서, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새가 차폐된다. 이로써, 냉매대류가 방지되어, 물질 이동에 의한 열교환이 발생하지 않아 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 생기지 않는다.
제 6 발명은 상기 제 1 내지 제 5 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시켜 이 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차를 완화시키는 연통로(93)가 형성된다.
상기 구성에 의하면, 연통로(93)를 통해 고압의 냉매가 저압 쪽 공간 내로 흘러들기 때문에, 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차가 완화되어, 압력차가 심해짐에 따른 단열재(90)의 파손이 방지된다. 예를 들어, 가는 연통로(93)를 1개 구성시킴으로써 냉매대류가 방지된다.
제 7 발명은 상기 제 6 발명에 있어서, 상기 연통로(93)는 상기 단열재(90)에 형성된다.
상기 구성에 의하면, 단열재(90)에 연통로(93)를 형성하는 것만으로, 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차가 심해짐에 따른 단열재(90)의 파손이 방지된다.
제 8 발명은 상기 제 6 발명에 있어서, 상기 연통로(93)는, 상기 케이싱(31) 밖에서 상기 단열재(90)를 개재하고 상기 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시키는 모세관으로 구성된다.
상기 구성에 의하면, 모세관을 통해 고압의 냉매가 저압측의 공간 내로 유입되므로, 냉매대류를 방지하면서 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차가 심해짐에 따른 단열재(90)의 파손이 방지된다.
제 9 발명은 상기 제 1 내지 제 8 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 냉매회로(20)는, 이산화탄소를 냉매로 하여 초임계 냉동 사이클을 행하도록 구성된다.
상기 구성에 의하면, 유체기계(30)가 접속된 냉매회로(20)에서 냉매로서의 이산화탄소가 순환한다. 유체기계(30)의 압축기구(50)는, 흡입한 냉매를 그 임계압력 이상까지 압축시켜 토출한다. 한편, 유체기계(30)의 팽창기구(60)로는, 임계압력 이상의 고압냉매가 도입되어 팽창된다.
제 10 발명은 상기 제 1 내지 제 9 발명 중 어느 한 발명에 있어서, 상기 팽창기구(60)는, 양단이 폐쇄된 실린더(71, 81)와, 상기 회전축(40)과 결합됨과 더불어 상기 실린더(71, 81) 내에 수납되어 팽창실(72, 82)을 형성하는 피스톤(75, 85)과, 상기 팽창실(72, 82)을 고압측과 저압측으로 구획하기 위한 블레이드(76, 86)를 구비한 회전식 팽창기로 구성된다.
상기 구성에 의하면, 팽창실(72, 82)로 도입된 냉매가 팽창되면, 피스톤(75, 85)이 이동하여 회전축(40)이 구동된다. 그리고, 압축기구(50)는 팽창기구(60) 및 전동기로부터 전달된 동력에 의하여 구동되어 냉매를 흡입, 압축한다.
[발명의 효과]
이상 설명한 바와 같이 상기 제 1 발명에 의하면, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이에 틈새를 형성하여 조립의 용이함이나 단열재(90)의 열팽창에 의한 파손을 고려하면서, 그 틈새를 탄성변형 가능한 시일 수단으로 차폐하도록 함으로써, 팽창기구(60) 쪽의 제 1 공간(48)과 압축기구(50) 쪽의 제 2 공간(49) 사이의 냉매대류를 방지하고 물질 이동에 의한 열교환을 방지하여, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 2 발명에 의하면, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한 팽창기구(60)에 가까운 곳에서 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류를 효과적으로 방지하여, 물질 이동에 의한 열교환을 방지하고, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 3 발명에 의하면, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한 압축기구(50)에 가까운 곳에서 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류를 효과적으로 방지하고, 물질 이동에 의한 열교환을 방지하여, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
상기 제 4 발명에 의하면, O링(92)에 의하여, 단열재(90)와 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새를 차폐하도록 함으로써, 조립이 용이하며, 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 발생하지 않는 유체기계가 얻어진다.
상기 제 5 발명에 의하면, 단열재(90) 외주에 플랜지부(94)를 일체로 형성하여 단열재(90)와 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새를 차폐하도록 함으로써, 조립이 용이하며, 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 발생하지 않는 유체기계가 얻어진다.
상기 제 6 발명에 의하면, 연통로(93)를 형성하여 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차를 완화시키도록 함으로써, 단열재(90)의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 제 7 발명에 의하면, 단열재(90)에 연통로(93)를 형성하여 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차를 완화시키도록 함으로써, 단열재(90)의 파손을 방지하여 단열재(90)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 8 발명에 의하면, 케이싱(31) 밖에, 단열재(90)를 개재하도록 모세관을 형성하여 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차를 완화시키도록 함으로써, 단열재(90)의 파손을 방지하여 단열재(90)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 제 1 실시형태의 냉매회로 구성을 나타낸 배관계통도이다.
도 2는, 제 1 실시형태의 압축, 팽창 유닛의 개략구성을 나타낸 종단면도이 다.
도 3은, 제 1 실시형태의 팽창기구 및 단열재를 나타낸 종단면도이다.
도 4는, 제 1 실시형태의 팽창기구 주요부를 나타낸 주요부 확대도이다.
도 5는, 제 1 실시형태의 팽창기구 상태를 축 회전각 90°마다 나타낸 팽창기구의 개략 횡단면도이다.
도 6은, 제 1 실시형태의 변형예에 관한 도 3 상당도이다.
도 7은, 제 2 실시형태의 압축, 팽창 유닛의 개략구성을 나타낸 종단면도이다.
도 8은, 제 2 실시형태의 압축기구 및 단열재를 나타낸 종단면도이다.
[부호의 설명]
20 : 냉매회로 30 : 압축, 팽창 유닛(유체기계)
31 : 케이싱 40 : 회전축
48 : 제 1 공간 49 : 제 2 공간
50 : 압축기구 60 : 팽창기구
71 : 제 1 실린더 72 : 제 1 팽창실
75 : 제 1 피스톤 76 : 제 1 블레이드
81 : 제 2 실린더 82 : 제 2 팽창실
85 : 제 2 피스톤 86 : 제 2 블레이드
90 : 단열재 92 : O링(실(seal) 수단)
93 : 연통로 94 : 플랜지부(시일 수단)
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 본 실시형태는, 본 발명에 관한 유체기계인 압축, 팽창 유닛을 구비한 공조기이다.
<공조기의 전체구성>
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태의 공조기(10)는 냉매회로(20)를 구비한다. 이 냉매회로(20)에는, 압축, 팽창유닛(30)과, 실외열교환기(23), 실내열교환기(24), 제 1 십자전환밸브(21), 및 제 2 십자전환밸브(22)가 접속된다. 또, 이 냉매회로(20)에는, 냉매로서 이산화탄소(CO2)가 충전된다.
상기 압축, 팽창유닛(30)은, 세로로 긴 원통형의 밀폐용기형으로 형성된 케이싱(31)을 구비한다. 이 케이싱(31) 내에는, 압축기구(50)와 팽창기구(60) 및 전동기(45)가 수납된다. 케이싱(31) 내에는, 압축기구(50)와 전동기(45) 및 팽창기구(60)가 밑에서 위를 향하여 차례로 배치된다. 압축, 팽창유닛(30)의 상세에 대해서는 후술하기로 한다.
상기 냉매회로(20)에 있어서, 압축기구(50)는, 그 토출측(토출관(37))이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 1 포트에, 그 흡입측(흡입관(36))이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 4 포트에 각각 접속된다. 한편, 팽창기구(60)는, 그 유출측(유출관(39))이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 1 포트에, 그 유입측(유입관(38))이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 4 포트에 각각 접속된다.
또, 상기 냉매회로(20)에 있어서, 실외열교환기(23)는, 그 일단이 제 2 십자 전환밸브(22)의 제 2 포트에, 그 타단이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 3 포트에 각각 접속된다. 한편, 실내열교환기(24)는, 그 일단이 제 1 십자전환밸브(21)의 제 2 포트에, 그 타단이 제 2 십자전환밸브(22)의 제 3 포트에 각각 접속된다.
상기 제 1 십자전환밸브(21)와 제 2 십자전환밸브(22)는 각각, 제 1 포트와 제 2 포트가 연통되며, 또 제 3 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 실선으로 나타낸 상태)와, 제 1 포트와 제 3 포트가 연통되며, 또 제 2 포트와 제 4 포트가 연통되는 상태(도 1에 파선으로 나타낸 상태)로 전환되도록 구성된다.
<압축, 팽창유닛의 구성>
도 2에 나타낸 바와 같이, 압축, 팽창유닛(30)은, 세로로 긴 원통형의 밀폐용기인 케이싱(31)을 구비한다. 이 케이싱(31) 내부에는, 밑에서 위를 향하여 차례로 압축기구(50)와, 전동기(45)와, 팽창기구(60)가 배치된다. 또, 케이싱(31) 저부에는 윤활유인 냉동기유가 저류된다. 즉, 케이싱(31) 내부에는 압축기구(50) 쪽으로 냉동기유가 저류된다.
케이싱(31) 내부공간은, 팽창기구(60)의 프론트헤드(61) 하측에 배치된, 후술하는 단열재(90)에 의하여 상하로 구획되며, 상측공간이 제 1 공간(48)을, 하측공간이 제 2 공간(49)을 각각 구성한다. 제 1 공간(48)에는 팽창기구(60)가 배치되며, 제 2 공간(49)에는 압축기구(50)와 전동기(45)가 배치된다.
케이싱(31)에는 토출관(37)이 설치된다. 이 토출관(37)은, 전동기(45)와 팽창기구(60) 사이에 배치되며, 케이싱(31) 내의 제 2 공간(49)에 연통된다. 또, 토출관(37)은 비교적 짧은 직관형으로 형성되며, 대략 수평자세로 설치된다.
전동기(45)는, 케이싱(31)의 긴 쪽 방향 중앙부에 배치된다. 이 전동기(45)는 고정자(46)와 회전자(47)로 구성된다. 고정자(46)는, 수축 끼워맞춤 등으로 상기 케이싱(31)에 고정된다. 회전자(47)는 고정자(46) 안쪽에 배치된다. 이 회전자(47)에는, 이 회전자(47)와 동축으로 회전축(40)의 주축부(44)가 관통한다.
회전축(40)은 회전축을 구성한다. 이 회전축(40)에는, 그 하단측에 2개의 하측 편심부(58, 59)가 형성되며, 그 상단측에 2개의 대경 편심부(41, 42)가 형성된다. 회전축(40)은, 하측 편심부(58, 59)에 형성된 하단부분이 압축기구(50)에, 대경 편심부(41, 42)에 형성된 상단부분이 팽창기구(60)에 각각 결합된다.
2개의 하측 편심부(58, 59)는, 주축부(44)보다 큰 지름으로 형성되며, 하측의 것이 제 1 하측 편심부(58)를, 상측의 것이 제 2 하측 편심부(59)를 각각 구성한다. 제 1 하측 편심부(58)와 제 2 하측 편심부(59)에서는 주축부(44)의 축심에 대한 편심방향이 역이 된다.
2개의 대경 편심부(41, 42)는, 주축부(44)보다 큰 지름으로 형성되며, 하측의 것이 제 1 대경 편심부(41)를 구성하고, 상측의 것이 제 2 대경 편심부(42)를 구성한다. 제 1 대경 편심부(41)와 제 2 대경 편심부(42)는 모두 같은 방향으로 편심된다. 제 2 대경 편심부(42)의 외경은 제 1 대경 편심부(41)의 외경보다 크다. 또, 주축부(44)의 축심에 대한 편심량은, 제 2 대경 편심부(42) 쪽이 제 1 대경 편심부(41)보다 크다.
도시하지는 않으나, 회전축(40)에는 급유통로가 형성된다. 급유통로는, 회전축(40)을 따라 이어지며 그 시작단이 회전축(40) 하단에, 그 종단이 회전축(40) 위쪽으로 각각 개구된다. 압축기구(50) 및 팽창기구(60)로는, 이 급유통로로부터 냉동기유가 공급되도록 구성된다. 단, 팽창기구(60)에 공급되는 냉동기유는 최소한이며, 팽창기구(60)를 윤활시킨 냉동기유는, 제 1 공간(48) 내로는 유출되지 않고 유출관(39)에서 토출되도록 구성된다.
압축기구(50)는, 이른바 요동 피스톤형의 회전식 압축기를 구성한다. 이 압축기구(50)는, 실린더(51, 52)와 피스톤(57)을 2개씩 구비한다. 압축기구(50)에서는, 밑에서 위를 향하여 차례로 리어 헤드(55)와 제 1 실린더(51), 중간 플레이트(56), 제 2 실린더(52), 및 프론트 헤드(54)가 적층된 상태로 구성된다.
제 1 및 제 2 실린더(51, 52) 내부에는, 원통형의 피스톤(57)이 1개씩 배치된다. 도시하지는 않으나, 피스톤(57) 측면에는 평판형의 블레이드가 돌출 형성되며, 이 블레이드는 요동부시를 개재하고 실린더(51, 52)에 지지된다. 제 1 실린더(51) 내의 피스톤(57)은 회전축(40)의 제 1 하측 편심부(58)와 결합된다. 한편, 제 2 실린더(52) 내의 피스톤(57)은 회전축(40)의 제 2 하측 편심부(59)와 결합된다. 각 피스톤(57, 57)은, 그 내주면이 하측 편심부(58, 59)의 외주면과 미끄럼 접촉하며, 그 외주면이 실린더(51, 52) 내주면과 미끄럼 접촉한다. 그리고, 피스톤(57, 57)의 외주면과 실린더(51, 52) 내주면 사이에 압축실(53)이 형성된다.
제 1 및 제 2 실린더(51, 52)에는, 각각 흡입포트(32)가 1개씩 형성된다. 각 흡입포트(32)는 실린더(51, 52)를 반지름 방향으로 관통하여, 그 종단이 실린더(51, 52) 내주면으로 개구된다. 또, 각 흡입포트(32)는 흡입관(36)에 의하여 케이싱(31) 외부로 연장된다.
프론트 헤드(54) 및 리어 헤드(55)에는, 각각 토출포트가 1개씩 형성된다. 프론트 헤드(54)의 토출포트는, 제 2 실린더(52) 내의 압축실(53)을 제 2 공간(49)과 연통시킨다. 리어 헤드(55)의 토출포트는, 제 1 실린더(51) 내의 압축실(53)을 제 2 공간(49)과 연통시킨다. 또, 각 토출포트는, 그 종단에 리드밸브로 이루어지는 토출밸브가 배치되며, 이 토출밸브에 의해 개폐된다. 여기서, 도 2에 있어서, 토출포트 및 토출밸브의 도시는 생략한다. 그리고, 압축기구(50)에서 제 2 공간(49)으로 토출된 가스냉매는, 토출관(37)을 통하여 압축, 팽창유닛(30)에서 송출된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 팽창기구(60)는 이른바 요동피스톤형의 회전식 팽창기로 구성된다. 이 팽창기구(60)에는, 쌍을 이룬 실린더(71, 81) 및 피스톤(75, 85)이 2조 배치된다. 또, 팽창기구(60)에는, 프론트 헤드(61)와 중간 플레이트(63) 및 리어 헤드(62)가 배치된다.
팽창기구(60)에서는, 밑에서 위를 향하여 차례로, 프론트 헤드(61), 제 1 실린더(71), 중간 플레이트(63), 제 2 실린더(81), 리어 헤드(62)가 적층된 상태로 구성된다. 이 상태에서 제 1 실린더(71)는, 그 하측단면이 프론트 헤드(61)로 폐색되며, 그 상측단면이 중간 플레이트(63)로 폐색된다. 한편, 제 2 실린더(81)는, 그 하측단면이 중간 플레이트(63)로 폐색되며, 그 상측단면이 리어 헤드(62)로 폐색된다. 또, 제 2 실린더(81)의 내경은, 제 1 실린더(71)의 내경보다 크게 구성된다.
회전축(40)은, 적층된 상태의 프론트 헤드(61), 제 1 실린더(71), 중간 플레 이트(63), 제 2 실린더(81)를 관통한다. 리어 헤드(62)의 중앙부에는, 이 리어 헤드(62)를 두께방향으로 관통하는 중앙 구멍이 형성된다. 회전축(40) 상단부는, 이 리어헤드(62) 중앙 구멍에 삽입된다. 또, 회전축(40)은 그 제 1 대경 편심부(41)가 제 1 실린더(71) 내에 위치하며, 제 2 대경편심부(42)가 제 2 실린더(81) 내에 위치한다.
도 4 및 도 5에도 나타낸 바와 같이, 제 1 실린더(71) 내에는 제 1 피스톤(75)이, 제 2 실린더(81) 내에는 제 2 피스톤(85)이 각각 배치된다. 제 1 및 제 2 피스톤(75, 85)은 모두 원형 고리형상 혹은 원통형으로 형성된다. 제 1 피스톤(75)의 외경과 제 2 피스톤(85)의 외경은 서로 같다. 제 1 피스톤(75)의 내경은 제 1 대경 편심부(41)의 외경과, 제 2 피스톤(85)의 내경은 제 2 대경 편심부(42)의 외경과 각각 대략 동등하게 구성된다. 그리고, 제 1 피스톤(75)에는 제 1 대경 편심부(41)가, 제 2 피스톤(85)에는 제 2 대경 편심부(42)가 각각 관통한다.
상기 제 1 피스톤(75)은, 그 외주면이 제 1 실린더(71)의 내주면에, 한쪽 단면이 프론트 헤드(61)에, 다른 쪽 단면이 중간 플레이트(63)에 각각 미끄럼 접촉한다. 제 1 실린더(71) 내에는, 그 내주면과 제 1 피스톤(75) 외주면과의 사이에 제 1 팽창실(72)이 형성된다. 한편, 상기 제 2 피스톤(85)은, 그 외주면이 제 2 실린더(81) 내주면에, 한쪽 단면이 리어 헤드(62)에, 다른 쪽 단면이 중간 플레이트(63)에 각각 미끄럼 접촉한다. 제 2 실린더(81) 내에는, 그 내주면과 제 2 피스톤(85) 외주면과의 사이에 제 2 팽창실(82)이 형성된다.
상기 제 1 및 제 2 피스톤(75, 85) 각각에는, 블레이드(76, 86)가 1개씩 일 체로 형성된다. 블레이드(76, 86)는 피스톤(75, 85)의 반지름 방향으로 이어지는 판상으로 형성되며, 피스톤(75, 85)의 외주면에서 외측으로 돌출된다. 제 1 피스톤(75)의 블레이드(76)는 제 1 실린더(71)의 부시 구멍(78)에, 제 2 피스톤(85)의 블레이드(86)는 제 2 실린더(81)의 부시 구멍(88)에 각각 삽입된다. 각 실린더(71, 81)의 부시 구멍(78, 88)은, 실린더(71, 81)를 두께방향으로 관통함과 더불어, 실린더(71, 81) 내주면으로 개구된다. 이들 부시 구멍(78, 88)은, 관통공을 구성한다.
상기 각 실린더(71, 81)에는, 한 쌍의 부시(77, 87)가 1조씩 형성된다. 각 부시(77, 87)는, 내측면이 평면이 되고 외측면이 원호면이 되도록 형성된 작은 편이다. 각 실린더(71, 81)에 있어서, 한 쌍의 부시(77, 87)는 부시 구멍(78, 88)에 삽입되어 블레이드(76, 86)를 개재한 상태가 된다. 각 부시(77, 87)는 그 내측면이 블레이드(76, 86)와 미끄럼 운동하고, 그 외측면이 실린더(71, 81)와 미끄럼 운동한다. 그리고 피스톤(75, 85)과 일체인 블레이드(76, 86)는, 부시(77, 87)를 통해서 실린더(71, 81)에 지지되며, 실린더(71, 81)에 대하여 회동 자유롭고 또 진퇴 자유롭게 구성된다.
제 1 실린더(71) 내의 제 1 팽창실(72)은, 제 1 피스톤(75)과 일체인 제 1 블레이드(76)에 의해 구획되며, 도 4, 도 5의 제 1 블레이드(76) 좌측이 고압측 제 1 고압실(73)이 되고, 그 우측이 저압측 제 1 저압실(74)이 된다. 제 2 실린더(81) 내의 제 2 팽창실(82)은, 제 2 피스톤(85)과 일체인 제 2 블레이드(86)에 의해 구획되며, 도 4, 도 5의 제 2 블레이드(86) 좌측이 고압측 제 2 고압실(83)이 되고, 그 우측이 저압측 제 2 저압실(84)이 된다.
상기 제 1 실린더(71)와 제 2 실린더(81)는, 각각 둘레방향에서의 부시(77, 87) 위치가 일치하는 자세로 배치된다. 바꾸어 말하면, 제 2 실린더(81)의 제 1 실린더(71)에 대한 배치각도가 0°가다. 전술한 바와 같이, 제 1 대경 편심부(41)와 제 2 대경 편심부(42)는, 주축부(44)의 축심에 대하여 같은 방향으로 편심된다. 따라서, 제 1 블레이드(76)가 제 1 실린더(71)의 외측으로 가장 후퇴한 상태로 되는 동시에, 제 2 블레이드(86)가 제 2 실린더(81)의 외측으로 가장 후퇴한 상태가 된다.
상기 제 1 실린더(71)에는, 유입포트(34)가 형성된다. 유입포트(34)는, 제 1 실린더(71)의 내주면 중, 도 4 및 도 5에서 부시(77)의 약간 왼쪽으로 개구된다. 유입포트(34)는 제 1 고압실(73)과 연통 가능하게 구성된다. 한편, 상기 제 2 실린더(81)에는 유출포트(35)가 형성된다. 유출포트(35)는, 제 2 실린더(81)의 내주면 중, 도 4 및 도 5에서 부시(87)의 약간 오른쪽으로 개구된다. 유출포트(35)는 제 2 저압실(84)과 연통 가능하게 구성된다.
상기 중간 플레이트(63)에는 연통로(64)가 형성된다. 이 연통로(64)는, 중간 플레이트(63)를 두께방향으로 관통한다. 중간 플레이트(63)의 제 1 실린더(71) 쪽 면에는, 제 1 블레이드(76) 우측 부분에 연통로(64)의 일단이 개구된다. 중간 플레이트(63)의 제 2 실린더(81) 쪽 면에는, 제 2 블레이드(86) 좌측 부분에 연통로(64)의 타단이 개구된다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 연통로(64)는 중간 플레이트(63)의 두께방향에 대하여 경사지게 이어지며, 제 1 저압실(74)과 제 2 고 압실(83)을 서로 연통시킨다.
이상과 같이 구성된 본 실시형태의 팽창기구(60)에서는, 제 1 실린더(71)와, 거기에 배치된 부시(77)와, 제 1 피스톤(75)과, 제 1 블레이드(76)가 제 1 회전기구부(70)를 구성한다. 또, 제 2 실린더(81)와, 거기에 배치된 부시(87)와, 제 2 피스톤(85)과, 제 2 블레이드(86)가 제 2 회전기구부(80)를 구성한다.
그리고, 본 발명의 특징으로서 상기 단열재(90)는, 상기 팽창기구(60)의 압축기구(50) 쪽에 접하도록 상기 회전축(40) 주변에서 상기 케이싱(31) 내주면까지 피복하도록 구성된다. 이로써, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한, 저온의 팽창기구(60) 쪽 제 1 공간(48)이 단열재(90)에 의하여 제 2 공간(49)과 구획된다.
구체적으로 단열재(90)는, 중심에 회전축(40)이 삽입 관통하는 중심공을 갖는 원반형의 것으로, 팽창기구(60)의 프론트 헤드(61) 하면과 접하도록 배치된다. 또, 단열재(90)는, 내열성 높은 특수 엔지니어링 플라스틱 등으로 구성된다. 회전축(40)의 외주면과 단열재(90) 내주면과의 사이에는, 회전축(40)의 회전을 방해하지 않도록 최소한의 틈새가 형성된다.
단열재(90)의 외주에는, O링 수납 오목부(91)가 형성된다. 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면과의 사이에는, 상온에서 약간 틈새가 생기도록 단열재(90)의 크기가 설정된다. O링 수납 오목부(91)에는, 시일 수단으로서 O링(92)이 배치된다. 이 탄성변형 가능한 O링(92)이, 케이싱(31) 내주면과의 사이의 틈새를 차폐하는 역할을 행한다.
상기 단열재(90)에는, 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시켜 이 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력 차를 완화시키는 연통로(93)가 형성된다. 즉, 이 연통로(93)는, 제 1 공간(48)에서 제 2 공간(49)으로 관통하는 관통공으로 이루어진다. 이로써, 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)이 기밀하게 구획되는 것은 아니며, 제 1 공간(48)의 내압과 제 2 공간(49)의 내압은 거의 같아진다.
-운전동작-
상기 공조기(10)의 동작에 대하여 설명한다. 여기서는, 공조기(10)의 냉방운전 시 및 난방운전 시의 동작에 대하여 설명하고, 이어서 팽창기구(60)의 동작에 대하여 설명한다.
<냉방운전>
냉방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 파선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축, 팽창유닛(30)의 전동기(45)가 통전되면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축 냉동 사이클이 이루어진다.
압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 토출관(37)을 통해 압축, 팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서 냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 토출냉매는, 실외열교환기(23)로 보내져 실외공기에 방열한다. 실외열교환기(23)에서 방열한 고압냉매는, 유입관을 통해 팽창기구(60)로 유입된다. 팽창기구(60)에서는 고압냉매가 팽창되고, 이 고압냉매로부터 동력이 회수된다. 팽창 후의 저압냉매는, 유출관을 통해 실내열교환기(24)로 보내진다. 실내열교환기(24)에서는, 유입된 냉매가 실내공기로부터 흡열, 증발하여 실내공기가 냉각된다. 실내열교환 기(24)로부터 유출된 저압가스냉매는, 흡입관(36)을 통해 흡입포트(32)에서 압축기구(50)로 흡입된다. 압축기구(50)는 흡입한 냉매를 압축시켜 토출한다.
<난방운전>
난방운전 시에는, 제 1 십자전환밸브(21) 및 제 2 십자전환밸브(22)가 도 1에 실선으로 나타낸 상태로 전환된다. 이 상태에서 압축, 팽창유닛(30)의 전동기(45)가 통전되면, 냉매회로(20)에서 냉매가 순환하여 증기압축 냉동 사이클이 이루어진다.
압축기구(50)에서 압축된 냉매는, 토출관(37)을 통해 압축, 팽창유닛(30)으로부터 토출된다. 이 상태에서 냉매의 압력은 그 임계압력보다 높아진다. 이 토출냉매는, 실내열교환기(24)로 보내진다. 실내열교환기(24)에서는, 유입된 냉매가 실내공기에 방열하여 실내공기가 가열된다. 실내열교환기(24)에서 방열한 냉매는, 유입관을 통해 팽창기구(60)로 유입된다. 팽창기구(60)에서는 고압냉매가 팽창되고, 이 고압냉매로부터 동력이 회수된다. 팽창 후의 저압냉매는, 유출관(39)을 통해 실외열교환기(23)로 보내지고, 실외공기로부터 흡열하여 증발된다. 실외열교환기(23)로부터 유출된 저압가스냉매는, 흡입관(36)을 통해 흡입포트(32)에서 압축기구(50)로 흡입된다. 압축기구(50)는 흡입한 냉매를 압축시켜 토출한다.
<팽창기구의 동작>
팽창기구(60)의 동작에 대하여 도 5를 참조하면서 설명한다.
우선, 제 1 회전기구부(70)의 제 1 고압실(73)로 초임계상태의 고압냉매가 유입되는 과정에 대하여 설명한다. 회전각 0°의 상태에서 회전축(40)이 약간 회 전하면, 제 1 피스톤(75)과 제 1 실린더(71)의 접촉위치가 유입포트(34)의 개구부를 통과하여, 유입포트(34)로부터 제 1 고압실(73)로 고압냉매가 유입되기 시작한다. 그 후, 회전축(40)의 회전각이 90°, 180°, 270°로 점차 커짐에 따라, 제 1 고압실(73)로 고압냉매가 유입되어간다. 이 제 1 고압실(73)로의 고압냉매 유입은 회전축(40)의 회전각이 360°에 달할 때까지 계속된다.
다음으로, 팽창기구(60)에서 냉매가 팽창되는 과정에 대하여 설명한다. 회전각이 0°인 상태에서 회전축(40)이 약간 회전하면, 제 1 저압실(74)과 제 2 고압실(83)이 연통로(64)를 통해 서로 연통되어, 제 1 저압실(74)에서 제 2 고압실(83)로 냉매가 유입되기 시작한다. 그 후, 회전축(40)의 회전각이 90°, 180°, 270°로 점차 커짐에 따라, 제 1 저압실(74)의 용적이 점차 감소되는 동시에 제 2 고압실(83)의 용적이 점차 증가하여, 결과적으로 팽창실(66)의 용적이 점차 증가되어간다. 이 팽창실(66)의 용적 증가는, 회전축(40)의 회전각이 360°에 달하기 직전까지 계속된다. 그리고, 팽창실(66)의 용적이 증가하는 과정에서 팽창실(66) 내의 냉매가 팽창되고, 이 냉매의 팽창에 의하여 회전축(40)이 회전 구동된다. 이와 같이, 제 1 저압실(74) 내의 냉매는, 연통로(64)를 통하여 제 2 고압실(83)로 팽창되면서 유입되어간다.
이어서, 제 2 회전기구부(80)의 제 2 저압실(84)로부터 냉매가 유출되어가는 과정에 대하여 설명한다. 제 2 저압실(84)은, 회전축(40)의 회전각이 0°인 시점에서 유출포트(35)로 연통되기 시작한다. 즉, 제 2 저압실(84)로부터 유출포트(35)로 냉매가 유출되기 시작한다. 그 후, 회전축(40)의 회전각이 90°, 180°, 270°로 점차 커져가고, 그 회전축(40)의 회전각이 360°에 달하는 동안에 걸쳐 제 2 저압실(84)로부터 팽창 후의 저압냉매가 유출되어간다.
<단열재의 작용>
케이싱(31)의 내부공간을 팽창기구(60)가 수납되는 제 1 공간(48)과, 압축기구(50)가 수납되는 제 2 공간(49)으로 단열재(90)에 의하여 구획함으로써, 제 1 공간(48)은 저온, 고밀도가 되고, 제 2 공간(49)은 고온, 저밀도가 된다.
한편, 조립의 용이함이나, 케이싱(31)과 단열재(90)의 선팽창계수 차이에 따른, 단열재(90)의 열팽창에 의한 파손의 방지를 고려하면, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이에는 소정의 틈새가 필요하다.
즉, 조립 시에는 탄성변형 가능한 O링(92)이 압축되어 변형되므로, 케이싱(31) 내로 단열재(90)를 삽입하기 쉽다. 또, 단열재(90)가 열팽창하여도, O링(92)이 압축되기만 할 뿐 단열재(90)는 파손되지 않으며, 역으로 단열재(90)가 열수축하여도, 압축되었던 O링(92)이 원래 상태로 돌아오기만 할 뿐이어서, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새가 차폐된다.
이로써, 케이싱(31) 내는 고온 고압으로 유지된다. 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한, 저온의 팽창기구(60) 쪽의 제 1 공간(48)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류가 효과적으로 방지된다.
한편, 연통로(93)를 통하여 제 2 공간(49) 내의 고압 냉매가 제 1 공간(48) 내로 유입되므로, 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차가 완화된다. 이로써, 압력차가 심해짐에 따른 단열재(90)의 파손이 방지된다.
-제 1 실시형태의 효과-
따라서, 본 실시형태의 압축, 팽창 유닛(30)에 의하면, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이에 틈새를 형성하여 조립의 용이함이나 단열재(90)의 열팽창에 따른 파손을 고려하면서, 팽창기구(60) 쪽의 제 1 공간(48)과 압축기구(50) 쪽의 제 2 공간(49) 사이의 냉매대류를 방지하여 물질 이동에 의한 열교환을 방지하고, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
또, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한 팽창기구(60)에 가까운 곳에서 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류를 효과적으로 방지하여, 물질 이동에 의한 열교환을 방지하고, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
또한, O링(92)에 의하여, 단열재(90)와 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새를 차폐하도록 함으로써, 조립이 용이하며, 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 발생하지 않는 압축, 팽창 유닛(30)이 얻어진다.
또, 단열재(90)에 연통로(93)를 형성하여 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차를 완화시키도록 함으로써 단열재(90)의 파손이 방지되므로, 단열재(90)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
-제 1 실시형태의 변형예-
상기 제 1 실시형태에서는, 시일 수단으로서 단열재(90) 외주에 O링(92)을 장착하였으나, 도 6에 나타낸 바와 같이, 단열재(90)의 외주에 플랜지부(94)를 일체로 형성해도 된다. 즉, 단열재(90)의 외주 전체에 얇은 플랜지부(94)를 일체로 형성하면 된다. 이로써, 조립 시에는 탄성변형 가능한 플랜지부(94)가 압축되어 변형되므로, 케이싱(31) 내로 단열재(90)를 삽입하기 쉽다. 또, 단열재(90)가 열팽창하여도, 플랜지부(94)가 압축되기만 할 뿐, 단열재(90)는 파손되지 않으며, 역으로 단열재(90)가 열수축하여도, 압축되었던 플랜지부(94)가 원래 상태로 돌아오기만 할 뿐이어서, 단열재(90)의 외주면과 케이싱(31) 내주면 사이의 틈새가 차폐된다.
상기 제 1 실시형태에서는, 단열재(90)에 연통로(93)를 형성하였으나, 케이싱(31) 밖에, 단열재(90)를 개재하고 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시키도록 모세관(도시 생략)을 구성시켜도 된다. 이로써, 모세관을 통하여 제 2 공간(49) 내의 고압 냉매가 제 1 공간(48) 내로 유입되므로, 냉매대류를 방지하면서 압력차가 심해짐에 따르는 단열재(90)의 파손이 방지된다. 이로써, 단열재(90)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 제 1 실시형태에서 상기 단열재(90)는, 팽창기구(60) 쪽에 회전축(40) 주변에서 케이싱(31) 내주면까지를 피복하도록 하였으나, 팽창기구(60) 외주면 및 상면도 피복하도록 해도 된다. 이로써, 팽창기구(60) 표면과 제 1 공간(48)과의 사이가 단열되므로, 능력저하나 또는 동력회수 효과의 저하를 더욱 방지할 수 있다.
(제 2 실시형태)
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내며, 케이싱(31) 내가 저압인, 이른바 저압 돔형 압축, 팽창 유닛(30)인 점에서 상기 제 1 실시형태와 다르다. 여기 서, 이하의 각 실시형태에서는 도 1 내지 도 6과 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하고 그 상세한 설명을 생략한다.
도 7에 나타낸 바와 같이 상기 케이싱(31)은, 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로, 유입관(38) 및 유출관(39)과, 흡입관(36) 및 토출관(37)을 구비한다. 이 흡입관(36)은, 일단이 압축기구(50)의 흡입포트(32)에 각각 접속되며, 타단이 케이싱(31)을 관통하여 냉매회로(20)의 배관에 접속된다. 즉, 상기 흡입관(36)은, 저온 저압의 냉매를 케이싱(31) 외부로부터 압축기구(50)로 유도하도록 구성된다.
본 실시형태에서도, 실내열교환기(24) 또는 실외열교환기(23)에서 증발된 저온 저압의 냉매는, 흡입관(36)을 통해 케이싱(31) 내부공간으로가 아닌 압축기구(50)로 직접 흡입된다. 즉, 본 실시형태에서 압축, 팽창 유닛(30)은, 저압 돔형으로 구성된다.
구체적으로, 프론트 헤드(54) 및 리어 헤드(55)에는, 각각 토출포트(33, 33a)가 하나씩 형성된다. 상기 프론트 헤드(54) 쪽 토출포트(33)는, 시작단이 제 2 실린더(52)의 압축실(53) 고압측으로 연통된다. 상기 리어 헤드(55) 쪽의 토출포트(33a)는, 시작단이 제 1 실린더(51)의 압축실(53) 고압측으로 연통되는 한편, 종단이 리어 헤드(55) 외부에 형성된 토출실(33b)로 연통된다. 이 토출실(33b)은, 프론트 헤드(54) 쪽 토출포트(33)로 연통된다. 즉, 상기 제 1 실린더(51)의 압축실(53)에서 압축된 냉매는, 토출실(33b)을 통하여 프론트 헤드(54) 쪽 토출포트(33)로 흘러, 제 2 실린더(52)의 압축실(53)에서 압축된 냉매와 합류한다. 또, 상기 각 토출포트(33, 33a)는, 도시하지 않으나 리드밸브로 구성된 토출밸브가 배 치되어 이 토출밸브에 의해 개폐된다.
상기 토출관(37)은, 일단이 압축기구(50)의 프론트 헤드(54) 쪽 토출포트(33)의 종단에 접속되고, 타단이 케이싱(31)을 관통하여 냉매회로(20)의 배관에 접속된다. 즉, 토출관(37)은, 압축기구(50)에서 압축된 냉매를 이 압축기구(50)로부터 케이싱(31) 외부로 유도하도록 구성된다.
이와 같이, 케이싱(31) 내부공간에는, 압축기구(50)의 고온 고압의 토출냉매가 유입되는 일없이, 흡입관(36)에서 흡입된 저온 저압의 냉매로 가득 차므로, 케이싱(31)이 이른바 저압 돔형으로 구성되게 된다. 이로써, 팽창기구(60)가 고온의 토출냉매에 의해 가열되는 일이 없으며, 그 고온의 토출냉매가 팽창기구(60)에 의하여 냉각되는 일은 없다.
그리고, 본 발명의 특징으로서, 케이싱(31) 내부공간은, 압축기구(50)의 프론트 헤드(54) 위쪽으로 프론트 헤드(54)와 접하도록 배치된 단열재(90)에 의하여 상하로 구획된다. 위쪽 공간이 제 1 공간(48)을, 아래쪽 공간이 제 2 공간(49)을 각각 구성한다. 제 1 공간(48)에는 팽창기구(60)와 전동기(45)가 배치되며, 제 2 공간(49)에는 압축기구(50)가 배치된다.
즉, 케이싱(31) 내의 분위기와 온도차가 심한, 고온의 압축기구(50) 쪽의 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써, 냉매대류가 효과적으로 방지되며, 물질 이동에 의한 열교환이 발생하지 않아, 능력저하나 동력회수 효과의 저하도 생기지 않는다.
-제 2 실시형태의 효과-
따라서, 본 실시형태에 관한 압축, 팽창 유닛(30)에 의하면, 케이싱(31) 내 분위기와의 온도차가 심한 고온의 압축기구(50)에 가까운 곳에서 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 단열재(90)로 구획함으로써 냉매대류를 효과적으로 방지하여, 물질 이동에 의한 열교환을 방지하고, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
-제 2 실시형태의 변형예-
상기 제 1 실시형태의 변형예와 마찬가지로 시일 수단으로서, 단열재(90) 외주에 플랜지부(94)를 일체로 형성해도 된다. 또, 케이싱(31) 외부에 단열재(90)를 개재하고 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시키도록 모세관을 배치해도 된다.
상기 제 1 실시형태에서 상기 단열재(90)는, 압축기구(50)의 프론트 헤드(54) 상측에 회전축(40) 주변에서 케이싱(31) 내주면까지 피복하도록 배치하였으나, 팽창기구(60)의 외주면 및 하면도 피복하도록 해도 된다. 이로써, 압축기구(50) 표면과 제 2 공간(49) 사이가 단열되므로, 능력저하나 동력회수 효과의 저하를 방지할 수 있다.
(그 밖의 실시형태)
상기 실시형태에서 팽창기구(60)는, 요동 피스톤형의 회전식 팽창기로 구성하였으나, 롤링 피스톤형의 회전식 팽창기구로 팽창기구(60)를 구성해도 된다. 이 팽창기구(60)에서는, 각 회전기구부(70, 80)에서 블레이드(76, 86)가 피스톤(75, 85)과는 별도의 개체로 형성된다. 그리고, 이 블레이드(76, 86)는, 그 선단이 피스톤(75, 85)의 외주면에 눌려 피스톤(75, 85)의 이동에 따라 진퇴한다.
상기 각 실시형태에서 냉매는, 이산화탄소로 하였으나, R410A, R407C나 이소부탄이라도 된다.
상기 각 실시형태에서는, 제 2 공간(49)의 압축기구(50) 상측에 전동기(45)를 배치하였으나, 압축기구(50) 하측에 배치해도 된다.
여기서 이상의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 혹은 그 용도 범위의 제한을 의도하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 압축기구와 팽창기구가 하나의 케이싱 내에 수납된 유체기계에 대하여 유용하다.

Claims (10)

  1. 냉매를 순환시켜 냉동 사이클을 행하는 냉매회로(20)에 설치되는 유체기계에 있어서,
    케이싱(31)과,
    상기 케이싱(31)에 수납되며 냉매를 압축하는 압축기구(50)와,
    상기 케이싱(31)에 수납되며 냉매를 팽창시키는 팽창기구(60)와,
    상기 케이싱(31)에 설치되며 상기 압축기구(50) 및 상기 팽창기구(60)를 연결하는 회전축(40)과,
    상기 케이싱(31)의 내부공간에 형성되며, 상기 내부공간을 상기 팽창기구(60)가 수납되는 제 1 공간(48)과, 상기 압축기구(50)가 수납되는 제 2 공간(49)으로 구획하고, 상기 회전축(40)이 관통하는 단열재(90)와,
    상기 단열재(90)의 외주면과 상기 케이싱(31)의 내주면 사이의 틈새를 차폐하는 탄성변형 가능한 시일 수단(92, 94)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매회로(20)로부터 냉매가 직접 압축기구(50)로 도입되며, 상기 압축기구(50)로부터 압축된 냉매가 상기 제 2 공간(49)으로 토출되고 상기 제 2 공간(49)으로부터 케이싱(31) 밖으로 유출되도록 구성되며,
    상기 단열재(90)는, 상기 팽창기구(60)의 압축기구(50) 쪽에 접하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매회로(20)로부터 냉매가 직접 압축기구(50)로 도입되고, 압축된 냉매가 직접 케이싱(31) 밖으로 토출되도록 구성되며,
    상기 단열재(90)는, 상기 압축기구(50)의 팽창기구(60) 쪽에 접하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 시일 수단은, 단열재(90)의 외주에 장착되는 O링(92)인 것을 특징으로 하는 유체기계.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 시일 수단은, 단열재(90)의 외주에 일체로 형성된 플랜지부(94)인 것을 특징으로 하는 유체기계.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시켜 상기 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49) 사이의 압력차를 완화시키는 연통로(93)가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 연통로(93)는 상기 단열재(90)에 형성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연통로(93)는, 상기 케이싱(31) 밖에서 상기 단열재(90)를 통하여 상기 제 1 공간(48)과 제 2 공간(49)을 연통시키는 모세관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉매회로(20)는, 이산화탄소를 냉매로 하여 초임계 냉동 사이클을 행하는 것을 특징으로 하는 유체기계.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 팽창기구(60)는, 양단이 폐색된 실린더(71, 81)와, 상기 회전축(40)과 결합됨과 더불어 상기 실린더(71, 81) 내에 수납되어 팽창실(72, 82)을 형성하는 피스톤(75, 85)과, 상기 팽창실(72, 82)을 고압측과 저압측으로 구획하기 위한 블레이드(76, 86)를 구비한 회전식 팽창기로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체기계.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE1021899B1 (nl) * 2014-05-19 2016-01-25 Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap Inrichting voor het comprimeren en het expanderen van gassen en werkwijze voor het regelen van de druk in twee netten met een verschillend nominaal drukniveau
JP6885126B2 (ja) * 2017-03-22 2021-06-09 富士電機株式会社 インバータ装置
CN108443147A (zh) * 2018-04-24 2018-08-24 江苏昊科汽车空调有限公司 一种新型的制冷压缩机

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6428293B1 (en) * 2001-04-09 2002-08-06 Scroll Technologies Heat shield with seal between end cap and non-orbiting scroll
JP3915538B2 (ja) * 2002-02-20 2007-05-16 ダイキン工業株式会社 給湯機
JP4462023B2 (ja) * 2003-09-08 2010-05-12 ダイキン工業株式会社 ロータリ式膨張機
JP3674625B2 (ja) 2003-09-08 2005-07-20 ダイキン工業株式会社 ロータリ式膨張機及び流体機械
JP4617831B2 (ja) * 2004-11-02 2011-01-26 ダイキン工業株式会社 流体機械

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Publication number Publication date
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JP2008128181A (ja) 2008-06-05

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