KR20100000368A

KR20100000368A - 용량 가변형 로터리 압축기

Info

Publication number: KR20100000368A
Application number: KR1020080059838A
Authority: KR
Inventors: 변상명; 김상모
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-06
Also published as: KR101474445B1

Abstract

본 발명은 용량 가변형 로터리 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기는, 한 개의 흡입관으로 흡입되는 냉매가 복수 개의 실린더들 중에서 하측에 위치하는 제2 실린더에를 통해 각각의 압축공간으로 번갈아 흡입되도록 함으로써, 부품수와 조립공수를 줄일 수 있어 생산비용을 크게 절감할 수 있고, 공회전하는 실린더에서의 냉매가 다른 쪽 실린더로 역류하는 것을 방지하여 압축기의 성능을 향상시킬 수 있으며, 연결관들을 연결할 때 용접공간이 확보될 수 있어 자동화를 실현할 수 있어 제조비용을 더욱 절감할 수 있다.

용량 가변, 로터리 압축기, 베인챔버, 모드전환

Description

용량 가변형 로터리 압축기{VARIABLE CAPACITY TYPE ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 파워운전과 세이빙운전을 선택할 수 있는 용량가변형 로터리 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉매 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다. 상기 냉매 압축기는 일정한 속도로 구동되는 등속형 압축기 또는 회전 속도가 제어되는 인버터형 압축기가 소개되고 있다.

상기 냉매 압축기는 통상 전동기인 구동모터와 그 구동모터에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 상기 구동모터가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다. 그리고 상기 냉매 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식 등으로 구분될 수 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하는 롤링피스톤과 그 롤링피스톤에 접하여 상기 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획 하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식이다. 근래에는 부하의 변화에 따라 압축기의 냉동용량을 가변할 수 있는 용량 가변형 로터리 압축기가 소개되고 있다. 압축기의 냉동용량을 가변하기 위한 기술로는 인버터 모터를 적용하는 기술과, 압축되는 냉매의 일부를 실린더의 외부로 바이패스시켜 압축실의 용적을 가변시키는 기술이 알려져 있다. 하지만, 인버터 모터를 적용하는 경우에는 그 인버터 모터를 구동하기 위한 드라이버의 가격이 통상 정속모터의 드라이버에 비해 10배 정도로 매우 비싸 압축기의 생산원가를 높이게 되는 반면, 냉매를 바이패스시키는 경우에는 배관시스템이 복잡하게 되어 냉매의 유동 저항이 증가됨에 따라 압축기의 효율이 저하되는 단점이 있다.

이를 감안하여, 복수 개의 실린더를 구비하고 그 복수 개의 실린더중에서 적어도 한 개의 실린더는 공회전을 할 수 있도록 구비하는 소위 독립 흡입식 용량 가변형 로터리 압축기(이하, 독립 흡입식 로터리 압축기로 약칭함)가 소개되고 있다. 이 경우, 복수 개의 실린더에는 흡입관을 독립적으로 설치되어 양측 실린더가 독립적으로 운전될 수 있도록 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 독립 흡입식 로터리 압축기의 경우는, 양측 실린더에 각각 흡입관이 독립적으로 연결되어야 하므로 그만큼 조립공수가 크게 증가하면서 제조비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또, 양측 실린더가 양측 흡입관에 의해 연결됨에 따라 공회전을 하는 실린더에서 고온의 냉매가 역류하여 압축기 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 복수 개의 흡입관이 연결될 경우 다른 부재와 근접되어 용접공간이 확보 되지 못하면서 조립공정을 자동화하지 못하고 이로 인해 제조비용이 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 용량 가변형 로터리 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 복수의 실린더를 구비하는 복식 로터리 압축기에서 한 개의 흡입관을 공용으로 이용할 수 있도록 하여 부품수와 조립공수를 줄이고 조립공정을 자동화하여 제조비용을 크게 절감하는 동시에 압축기의 용량을 효율성 좋게 가변하여 압축기 성능을 향상시킬 수 있는 용량 가변형 로터리 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 내부공간이 밀폐된 케이싱; 상기 케이싱의 내부공간에서 상하 양측에 설치되고 각각의 압축공간이 서로 독립적으로 형성되며 그 각각의 압축공간에 연통되도록 각각의 흡입구가 서로 연통되게 구비되는 복수 개의 실린더들; 상기 복수 개의 실린더들의 흡입구들로 냉매가 분배 공급되도록 하는 한 개의 흡입관; 상기 실린더들의 압축공간에서 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 복수 개의 롤링피스톤들; 상기 롤링피스톤들과 함께 각 실린더들의 압축공간들을 흡입공간과 토출공간으로 분리하는 복수 개의 베인들; 및 상기 베인들중에서 적어도 어느 한 쪽 실린더의 베인을 구속하거나 해제하여 압축기의 운전모드를 가변하는 베인구속유닛;을 포함하고, 상기 흡입관은 복수 개의 실린더들 중에서 하측에 위치하는 제2 실린더의 흡입구에 결합되는 용량 가변형 로터리 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기는, 한 개의 흡입관으로 흡입되는 냉매가 하측에 위치하는 제2 실린더를 통해 각각의 압축공간으로 번갈아 흡입되도록 함으로써, 각 실린더들에 흡입관을 독립적으로 결합하는 것에 비해 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 흡입관을 케이싱과 어큐뮬레이터에 연결하기 위한 조립공수를 줄일 수 있어 생산비용을 크게 절감할 수 있다.

또, 상기 복수 개의 실린더들이 서로 직접 연통되고 그 중 하측 실린더에 한 개의 흡입관이 연결됨에 따라 공회전하는 실린더에서의 냉매가 다른쪽 실린더로 역류하는 것을 방지하여 압축기의 성능을 향상시킬 수 있다.

또, 상기 흡입관이 한 개만 연결됨에 따라 그 흡입관은 물론 모드전환유닛을 이루는 다른 연결관들(특히, 공용측 연결관)을 연결할 때 용접로봇의 작동에 필요한 용접공간이 확보될 수 있어 자동화를 실현할 수 있고 이를 통해 제조비용을 크게 절감할 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기(1)는, 응축기(2), 팽창변(3), 그리고 증발기(4)로 이어지는 폐루프 냉동사이클의 일부를 이루도록 상기 증발기(4)의 출구측에 흡입측이 연결되는 동시에 상기 응축기(2)의 입구측에 토출측이 연결된다. 그리고 상기 증발기(4)의 출구측과 압축기(1)의 입구 측 사이에는 상기 증발기(4)에서 압축기(1)로 전달되는 냉매에서 가스냉매와 액냉매를 분리할 수 있도록 어큐뮬레이터(5)가 연결된다.

상기 압축기(1)는 도 2에서와 같이 밀폐된 케이싱(100)의 내부공간 상측에 구동력을 발생하는 전동부(200)가 설치되고, 상기 케이싱(100)의 내부공간 하측에는 상기 전동부(200)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)가 설치된다. 그리고 상기 케이싱(100)의 외부에는 상기 제2 압축부(400)가 필요에 따라 공회전을 하도록 압축기의 운전모드를 전환하는 모드전환유닛(500)이 설치된다.

상기 케이싱(100)은 그 내부공간이 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 또는 제1 압축부(300)에서 토출되는 냉매에 의해 토출압의 상태를 유지하고, 상기 케이싱(100)의 하반부 주면에는 제2 압축부(400)의 사이로 냉매가 흡입되도록 한 개의 가스흡입관(140)이 연결되며, 상기 케이싱(100)의 상단에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서 압축되어 토출된 냉매가 냉동시스템으로 전달되도록 한 개의 가스토출관(150)이 연결된다. 상기 가스흡입관(140)은 후술할 후술할 제2 실린더(410)의 연통구멍(131)에 삽입되는 중간연결관(미도시)에 용접 결합된다.

상기 전동부(200)는 상기 케이싱(100)의 내주면에 고정되는 고정자(210)와, 상기 고정자(210)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)에 열박음 되어 함께 회전을 하는 회전축(230)으로 이루어진다. 상기 전동부(200)는 정속모터일 수도 있고 인버터모터일 수도 있다. 하지만, 비용을 고려하면 상기 전동부(200)는 정속모터를 이용하면서도 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축 부(400) 중에서 어느 한 쪽을 필요시 공회전시켜 압축기의 운전모드를 가변할 수 있다.

그리고 상기 회전축(230)은 회전자(220)에 결합되는 축부(231)와, 그 축부(231)의 하단부에 좌우 양측으로 편심지게 형성되는 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)로 이루어진다. 상기 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)는 대략 180°의 위상차를 두고 대칭되게 형성되고 후술할 제1 롤링피스톤(340)과 제2 롤링피스톤(430)이 각각 회전 가능하게 결합된다.

상기 제1 압축부(300)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100)의 내부에 설치되는 제1 실린더(310)와, 상기 회전축(230)의 제1 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(320)과, 상기 제1 실린더(310)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되어 그 일측의 실링면이 상기 제1 롤링피스톤(320)의 외주면에 접촉되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)을 제1 흡입실과 제1 토출실로 각각 구획하는 제1 베인(330)을 포함한다. 그리고 미설명 부호인 340은 제1 토출밸브이고, 350은 제1 머플러이다.

상기 제2 압축부(400)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100) 내부에서 상기 제1 실린더(310) 하측에 설치되는 제2 실린더(410)와, 상기 회전축(230)의 제2 편심부(233)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(420)과, 상기 제2 실린더(410)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되고 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에 접촉 되어 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)이 제2 흡입실과 제2 토출실로 각각 구획되거나 또는 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에서 이격되어 상기 제2 흡입실과 제2 토출실이 서로 연통되도록 하는 제2 베인(430)과, 상기 제2 베인(430)의 후방측을 탄력 지지하도록 압축스프링으로 된 베인스프링(440)을 포함한다. 그리고 미설명 부호인 450은 제2 토출밸브이고, 460은 제2 머플러이다.

여기서, 상기 제1 실린더(310)의 상측에는 상부베어링플레이트(이하,상부베어링)(110)가 복개되고, 상기 제2 실린더(410)의 하측에는 하부베어링플레이트(이하, 하부베어링)(120)가 복개되며, 상기 제1 실린더(310)의 하측과 제2 실린더(410)의 상측 사이에는 중간베어링플레이트(이하, 중간베어링)(130)가 개재되어 함께 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 형성하면서 상기 회전축(230)을 축방향으로 지지하게 된다.

도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 상부베어링(110)과 하부베어링(120)은 원판모양으로 형성되고, 그 각각의 중앙에는 상기 회전축(230)의 축부(231)가 반경방향으로 지지되도록 축구멍(111)(121)을 갖는 축수부(112)(122)가 돌출 형성된다. 그리고 상기 중간베어링(130)은 상기 회전축(230)의 편심부가 관통하는 정도의 내경을 가지는 환형으로 형성되고, 그 일측에는 후술할 제2 흡입구(412)와 제1 흡입구(312)를 연통시킬 수 있도록 축방향으로 관통되는 연통구멍(131)이 형성된다.

상기 제1 실린더(310)는 제1 압축공간(V1)을 이루는 내주면의 일측에 상기 제1 베인(330)이 직선 왕복운동을 하도록 제1 베인슬롯(311)이 형성되고, 상기 제1 베인슬롯(311)의 일측에는 냉매를 제1 압축공간(V1)으로 유도하는 제1 흡입구(312) 가 형성되며, 상기 제1 베인슬롯(311)의 타측에는 냉매를 상기 제2 머플러(350)의 내부공간으로 토출하는 제1 토출안내홈(미도시)이 상기 제1 흡입구(312)와 반대쪽 모서리에서 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제2 실린더(410)는 제2 압축공간(V2)을 이루는 내주면의 일측에 상기 제2 베인(430)이 직선 왕복운동을 하도록 제2 베인슬롯(411)이 형성되고, 상기 제2 베인슬롯(411)의 일측에는 냉매를 제2 압축공간(V2)으로 유도하는 제2 흡입구(412)가 형성되며, 상기 제2 베인슬롯(411)의 타측에는 냉매를 상기 제2 머플러(460)의 내부공간으로 토출하는 제2 토출안내홈(미도시)이 상기 제2 흡입구(412)와 반대쪽 모서리에서 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제1 흡입구(312)는 상기 중간베어링(130)의 연통구멍(131)의 상측 끝단에 접하는 제1 실린더(310)의 하면 모서리에서 상기 제1 실린더(310)의 내주면을 향하도록 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제2 흡입구(412)는 반경방향으로 관통 형성되고, 그 제2 흡입구(412)의 중간에서 상기 중간베어링(130)의 연통구멍(131)의 하측 끝단에 연통되도록 축방향으로 관통구멍(413)이 형성된다.

여기서, 도 5에서와 같이 상기 제1 흡입구(312)는 평면투영시 반경방향 중심선(L1)이 그 흡입구(312)를 갖는 제1 실린더(310)의 축중심(O)과 교차되도록 형성된다. 상기 제2 흡입구(412)도 동일하다.

그리고, 도 3에서와 같이 상기 제1 베인슬롯(311)은 상기 제1 베인(330)이 직선으로 왕복운동을 하도록 반경방향으로 소정의 깊이만큼 절개하여 형성되고, 상 기 제1 베인슬롯(311)의 후방측, 즉 외곽측 끝단측에는 도 4에서와 같이 상기 케이싱(100)의 내부공간과 분리되도록 베인챔버(313)가 형성된다. 상기 베인챔버(313)는 그 상면과 하면에 접하는 상부베어링(110)과 중간베어링(130)에 의해 상기 케이싱(100)의 내부공간과 분리되도록 밀봉 결합된다.

그리고 상기 베인챔버(313)는 그 전방측은 상기 베인챔버(313)와 연통되는 반면 그 후방측은 상기 공용측 연결관(530))과 용접되어 연결되도록 하는 중간연결관(미도시)이 압입되어 결합될 수 있다. 그리고 상기 베인챔버(313)는 상기 제1 베인(330)이 완전히 후진하여 상기 제1 베인슬롯(311)의 안쪽에 수납되더라도 그 제1 베인(330)의 후면이 상기 공용측 연결관(530)을 통해 공급되는 냉매에 대해 가압면을 이룰 수 있도록 소정의 내부체적을 갖게 형성된다.

여기서, 상기 제1 베인(330)은 도 6에서와 같이 그 실링면(331)이 압축기의 운전모드에 따라 상기 제1 롤링피스톤(320)과 접하거나 또는 이격되도록 그 가압면(332)이 상기 베인챔버(313)에 채워지는 흡입압의 냉매 또는 토출압의 냉매에 의해 지지되므로, 상기 제1 베인(330)이 압축기의 어떤 운전모드, 즉 세이빙모드에서 상기 제1 베인슬롯(311)의 안쪽에서 구속되어야 그 제1 베인(330)의 떨림에 의한 압축기 소음이나 효율저하를 미연에 방지할 수 있다. 이를 위해 도 7에서와 같은 케이싱의 내부압력을 이용한 제2 베인의 구속방법이 제안될 수 있다.

예컨대, 상기 제1 실린더(310)에는 제1 베인(330)의 운동방향에 대해 직교하거나 또는 적어도 엇갈림각을 갖는 방향으로 고압측 베인구속유로(이하, '제1 구속유로'라고도 한다)(314)가 형성된다. 상기 제1 구속유로(314)는 상기 케이싱(100) 의 내부와 제2 베인슬롯(411)이 연통되도록 하여 그 케이싱(100)의 내부공간에 채워진 토출압의 냉매가 상기 제1 베인(330)을 반대쪽 베인슬롯면으로 밀어내 구속되도록 한다. 그리고, 상기 제1 구속유로(314)의 맞은편에는 상기 제1 베인슬롯(311)과 제1 흡입구(312)가 연통되는 저압측 베인구속유로(이하, '제2 구속유로'라고도 한다)(315)가 형성될 수 있다. 상기 제2 구속유로(315)는 상기 제1 구속유로(314)와 압력차가 유발되면서 상기 제1 구속유로(314)를 통해 유입되는 토출압의 냉매가 상기 제2 구속유로(315)로 빠져나가면서 상기 제1 베인(330)이 신속하게 구속되도록 하는 역할을 할 수 있다.

상기 제1 구속유로(314)는 제1 베인(330)을 중심으로 상기 제1 실린더(310)의 토출안내홈(미부호)쪽에 위치하여 상기 제1 실린더(310)의 외주면에서 제1 베인슬롯(311)의 중심으로 관통 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 구속유로(314)는 2단 드릴을 이용하여 제1 베인슬롯(311)쪽이 좁게 2단으로 단차지게 형성되고, 상기 제1 베인(330)의 직선운동이 안정적으로 이루어질 수 있도록 그 출구단이 상기 제1 베인슬롯(311)의 길이방향으로 대략 중간에 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 구속유로(314)는 상기 압축기의 파워운전시 상기 제1 베인(330)과 제1 베인슬롯(311) 사이의 틈새를 통해 상기 베인챔버(313)와 연통될 수 있는 위치에 형성되는 것이 상기 제1 구속유로(314)를 통해 유입되는 토출압의 냉매가 상기 베인챔버(313)로 유입되어 제1 베인(330)의 후면압을 높일 수 있으나, 상기 압축기의 세이빙운전시 상기 제1 베인(330)이 구속될 때 상기 제1 구속유로(314)가 베인챔버(313)와 연통되면 그 베인챔버(313)의 압력이 높아져 상기 제1 베인(330)을 밀어내면서 제1 베 인(330)의 떨림이 발생될 수 있으므로 상기 제1 구속유로(314)는 제1 베인(330)의 왕복범위 내에 위치하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 제1 구속유로(314)는 그 단면적이 상기 베인챔버(313)를 통해 제1 베인(330)의 가압면(332)의 단면적 보다 같거나 좁게 형성되는 것이 상기 제1 베인(330)을 과도하게 구속하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 구속유로(314)의 단면적은 그 제1 구속유로의 단면적을 상기 제1 베인(330)의 베인면적, 즉 상기 제1 베인(330)이 구속압력을 받는 측면의 베인면적으로 나눌 때 특정 범위로 형성되는 것이 모드전환소음을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 제1 구속유로(314)는 도면으로 제시하지는 않았으나 상기 제1 실린더(310)의 상하 양면에 소정의 깊이로 음형지게 형성될 수도 있고, 상기 제1 실린더(310)의 상하 양면에 결합되는 상부베어링(110)이나 중간베어링(130)에 소정의 깊이로 음형지거나 관통하여 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 제2 구속유로(315)가 상부베어링(110)의 저면이나 중간베어링(130)의 상면에 음형지게 형성되는 경우에는 상기 제1 실린더(310)나 각 베어링(110)(130)을 소결 가공할 때 함께 형성하는 것이 생산비용을 절감할 수 있다.

상기 제2 구속유로(315)는 제1 베인(330)의 이동방향에 수직한 양 측면에 토출압과 흡입압의 압력차를 유발시켜 그 압력차에 의해 상기 제1 베인(330)이 제1 베인슬롯(311)에 밀착될 수 있도록 가급적 상기 제1 구속유로(314)와 동일 직선상에 배치되는 것이 바람직하나, 상기 제1 흡입구(312)가 축방향에 대해 경사지게 형성됨에 따라 그 제1 흡입구(312)에 연통될 수 있도록 경사지거나 절곡 형성될 수도 있다.

상기 제2 구속유로(315)는 상기 압축기의 세이빙운전시 상기 제1 베인(330)과 제1 베인슬롯(311) 사이의 틈새를 통해 상기 베인챔버(313)와 연통될 수 있는 위치에 형성되는 것이 바람직하나, 상기 압축기의 파워운전시 상기 제1 베인(330)이 전진운동을 할 때 상기 제2 구속유로(315)가 베인챔버(313)와 연통되면 그 베인챔버(313)에 채워지는 토출압(Pd)의 냉매가 제1 흡입구(312)로 누설되면서 상기 제1 베인(330)을 충분히 지지하지 못할 수 있으므로 상기 제2 구속유로(315)는 제1 베인(330)의 왕복범위 내에 위치하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에서와 같이 상기 모드전환유닛(500)은 그 일단이 상기 가스흡입관(140)에서 분관되는 저압측 연결관(510)과, 상기 케이싱(100)의 내부공간에 그 일단이 연결되는 고압측 연결관(520)과, 상기 제1 실린더(310)의 베인챔버(313)에 그 일단이 연결되어 상기 저압측 연결관(510)과 고압측 연결관(520)에 선택적으로 연통되는 공용측 연결관(530)과, 상기 공용측 연결관(530)을 통해 제1 실린더(310)의 베인챔버(313)에 연결되는 제1 모드전환밸브(540)와, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 연결되어 그 제1 모드전환밸브(540)의 개폐동작을 제어하는 제2 모드전환밸브(550)로 이루어진다.

상기 저압측 연결관(510)은 그 타단이 상기 제1 모드전환밸브(540)의 제1 입구에 연결되고, 상기 고압측 연결관(520)은 그 타단이 상기 제1 모드전환밸브(540)의 제2 입구에 연결되며, 상기 공용측 연결관(530)은 그 타단이 상기 제1 모드전환밸브(540)의 출구에 연결된다. 그리고 상기 저압측 연결관(510)의 양단은 각각 가 스흡입관(140)과 제1 모드전환밸브(540)에 용접 연결되고, 상기 고압측 연결관(520)의 양단은 각각 케이싱(보다 정확하게는, 그 케이싱의 내부공간에 실링 결합되는 중간연결관)(100)과 제1 모드전환밸브(540)에 용접 결합되며, 상기 공용측 연결관(530)의 양단은 각각 제1 실린더(보다 정확하게는, 그 제1 실린더에 실링 결합되는 중간연결관)(310)과 제1 모드전환밸브(540)에 용접 결합된다. 여기서, 도 8 및 도 9에서와 같이 상기 가스흡입관(140)이 케이싱(100)에 연결되는 제1 지점(A)에서 상기 공용측 연결관(530)이 케이싱(100)에 연결되는 제2 지점(B)까지의 거리(L1)가 상기 지점(A)에서 상기 고압측 연결관(520)이 케이싱에 연결되는 제3 지점(C)까지의 거리(L2)보다 길지 않게, 보다 바람직하게는 짧게 배치되는 것이 상기 제1 흡입구(312)가 방사상으로 형성되면서도 상기 제1 베인슬롯(311)에 근접한 위치에 형성할 수 있어 압축공간의 체적을 늘릴 수 있다.

그리고 상기 지점들, 즉 제1 지점(A)과 제2 지점(B) 그리고 제3 지점(C)은 모두 평면공간에서 서로 중첩되지 않도록, 즉 각 지점들(A)(B)(C)이 서로 다른 종방향 거리(△H1,△H2)와 서로 다른 횡방향 거리(△S1,△S2)를 가지도록 배열되는 것이 상기 가스흡입관(140)과 각 연결관들(520)(530)을 용접할 때 스폿용접 로봇이 용접할 수 있는 간격을 갖게 되어 상기한 용접작업을 자동화할 수 있다. 특히, 이를 위해서는 상기 제1 지점(A)과 제2 지점(B)은 근접되게 위치할 수 있어 그 두 지점들(A)(B) 사이의 간격 여부가 가장 중요하다.

그리고, 상기 고압측 연결관(520)은 케이싱(100)의 하반부, 즉 상기 제2 압축부(400)보다 하측에 연통될 수도 있으나, 이 경우 상기 케이싱(100)의 오일이 상 기 베인챔버(313)로 과도하게 유입되어 압축기의 모드전환시 베인챔버(313)의 압력변화를 지연시켜 베인떨림음을 가중시킬 뿐만 아니라 상기 제1 베인슬롯(311)과 제1 베인(330) 사이에서의 점성지수를 높여 상기 베인의 원활한 동작을 저해할 수 있다. 따라서, 상기 고압측 연결관(520)은 케이싱(100)의 내부공간에 채워지는 토출압의 냉매가 상기 제1 모드전환밸브(540)로 유입될 수 있도록 오일에 잠기지 않는 높이, 즉 도 1에서와 같이 상기 전동부(200)의 하단과 제1 압축부(300)의 상단 사이에 연통되는 것이 바람직할 수 있다. 그리고 이 경우, 상기 베인챔버(313)로 소정량의 오일이 공급되어야 제1 베인슬롯(311)과 제1 베인(330) 사이를 윤활할 수 있으므로 상기 상부베어링(120)에 미세한 오일공급구멍(미도시)을 형성하여 상기 제1 베인(330)이 왕복운동을 할 때 오일이 공급되도록 할 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기의 기본적인 압축과정은 다음과 같다.

즉, 상기 전동부(200)의 고정자(210)에 전원을 인가하여 상기 회전자(220)가 회전하면, 상기 회전축(230)이 상기 회전자(220)와 함께 회전하면서 상기 전동부(200)의 회전력을 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에 전달하고, 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서는 각각 제1 롤링피스톤(320)과 제2 롤링피스톤(420)이 상기 각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)에서 편심 회전운동을 하며, 상기 제1 베인(330)과 제2 베인(430)이 상기 제1 및 제2 롤링피스톤(320)(420)과 함께 180°의 위상차를 가지는 압축공간들(V1)(V2)을 각각 형성하면서 냉매를 압축하게 된다.

예컨대, 상기 제1 압축공간(V1)이 흡입행정을 시작하면, 냉매가 어큐뮬레이터(5)와 흡입관(140)을 통해 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입구(412)로 유입되고, 이 냉매는 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입구(412)를 통해 제2 압축공간(V2)으로 흡입되어 압축된다.

그리고, 상기 제2 압축공간(V2)이 압축행정을 진행하는 동안에 그 제2 압축공간(V2)과 180°의 위상차를 가지는 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)은 흡입행정을 시작하게 된다. 이때, 상기 제1 실린더(310)의 제1 흡입구(312)가 상기 연통구멍(131)을 통해 제2 흡입구(412)와 연통되면서 냉매가 상기 제1 실린더(310)의 제1 흡입구(312)를 통해 상기 제1 압축공간(V1)으로 흡입되어 압축된다.

한편, 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기에서 용량이 가변되는 과정은 다음과 같다.

즉, 상기 압축기 또는 이를 적용한 에어콘이 파워운전을 하는 경우에는, 도 10 및 도 11에서와 같이 상기 제1 모드전환밸브(540)에 전원이 인가되어 상기 저압측 연결관(510)은 차단되는 반면 상기 고압측 연결관(520)이 공용측 연결관(530)과 연결된다. 이에 따라 상기 케이싱(100) 내부의 고압 가스가 고압측 연결관(520)을 통해 상기 제1 실린더(310)의 베인챔버(313)로 공급됨으로써 상기 제1 베인(330)이 베인챔버(313)의 내부에 채워진 고압의 냉매에 밀려 상기 제1 롤링피스톤(320)에 압접된 상태를 유지하면서 상기 제1 압축공간(V1)으로 유입되는 냉매가스를 정상적으로 압축하여 토출시키게 된다.

이때, 상기 제1 실린더(310)에 구비된 제1 구속유로(314)로 고압의 냉매가스 또는 오일이 공급되어 상기 제1 베인(330)의 일측면을 가세하게 되나, 이 제1 구속유로(314)의 단면적이 제1 베인슬롯(311)의 단면적보다 좁게 형성됨에 따라 측면에서의 가압력이 상기 베인챔버(313)에서의 전후방향 가압력보다 작게 되어 상기 제1 베인(330)을 구속하지 못하게 된다. 따라서, 상기 제1 베인(330)이 제1 롤링피스톤(320)에 압접되어 상기 제1 압축공간(V1)을 흡입실과 토출실로 구획하면서 상기 제1 압축공간(V1)으로 흡입되는 냉매 전체를 압축하여 토출하게 된다. 이로써 압축기 또는 이를 적용한 에어콘은 100% 운전을 하게 된다.

반면, 상기 압축기 또는 이를 적용한 에어콘이 기동할 때와 같이 세이빙운전을 하는 경우에는 도 12 및 도 13에서와 같이, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 전원이 오프되어 파워운전때와는 반대로 상기 저압측 연결관(510)과 공용측 연결관(530)이 연통되고, 상기 제1 실린더(310)로 흡입되는 저압의 냉매가스 일부가 상기 베인챔버(313)로 유입된다. 이에 따라 상기 제1 베인(330)이 제1 압축공간(V1)에서 압축되는 냉매에 밀려 제1 베인슬롯(311)의 안쪽으로 수납되면서 제1 압축공간(V1)의 흡입실과 토출실이 연통되어 상기 제1 압축공간(V1)으로 흡입되는 냉매가스는 압축되지 못하도록 한다.

이때, 상기 제1 실린더(310)에 구비되는 제1 구속유로(314)에 의해 상기 제1 베인(330)의 일측면에 가세되는 압력과 상기 제2 구속유로(315)에 의해 상기 제1 베인(330)의 타측면에 가세되는 압력 사이에는 큰 압력차가 발생함에 따라 상기 제1 구속유로(314)를 통해 가세되는 압력이 제2 구속유로(315)쪽으로 이동하려는 경향이 발생되면서 상기 제1 베인(330)의 떨림현상 없이 신속하면서도 확실하게 구속 할 수 있게 된다. 아울러, 상기 베인챔버(313)의 압력이 토출압에서 흡입압으로 전환되는 시점에서는 그 베인챔버(313)에 토출압이 잔류하여 일종의 중간압(Pm)을 형성하게 되나, 이 베인챔버(313)의 중간압(Pm)이 그보다 압력이 낮은 제2 구속유로(315)를 통해 누설됨에 따라 상기 베인챔버(313)의 압력이 신속하게 흡입압(Ps)으로 전환되면서 상기 제1 베인(330)의 떨림 현상을 더욱 신속하게 방지할 수 있게 되고 이를 통해 상기 제1 베인(330)이 신속하면서도 효과적으로 구속된다. 따라서, 상기 제1 실린더(310)의 제2 압축공간(V1)이 한 개의 공간으로 연통됨에 따라 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)으로 흡입되는 냉매 전체가 압축되지 않고 상기 제1 롤링피스톤(320)의 궤적을 따라 이동하게 되고, 이 냉매의 일부는 압력차에 의해 상기 연통구멍(131)과 제2 흡입구(412)를 통해 상기 제2 압축공간(V2)으로 이동하게 되어 상기 제1 압축부(300)는 일을 하지 않게 된다. 이로써 압축기 또는 이를 적용한 에어콘은 제2 압축부의 용량만큼만 운전을 하게 된다. 그리고 이 과정에서 상기 제1 압축공간(V1)의 냉매가 어큐뮬레이터(5)로 역류하지 않고 제2 압축공간(V2)으로 이동함에 따라 어큐뮬레이터(5)의 과열을 방지하여 흡입손실을 줄일 수 있다.

이렇게 하여, 한 개의 흡입관으로 흡입되는 냉매가 복수 개의 실린더들 중에서 하측에 위치하는 제2 실린더를 통해 각각의 압축공간으로 번갈아 흡입되도록 함으로써, 각 실린더들에 흡입관을 독립적으로 결합하는 것에 비해 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 흡입관을 케이싱과 어큐뮬레이터에 연결하기 위한 조립공수를 줄일 수 있어 생산비용을 크게 절감할 수 있다.

또, 상기 복수 개의 실린더들이 서로 직접 연통되고 그 중 한 개의 실린더에 한 개의 흡입관이 연결됨에 따라 공회전하는 실린더에서의 냉매가 다른 쪽 실린더로 역류하는 것을 방지하여 압축기의 성능을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 상기 제1 실린더와 제2 실린더가 어큐뮬레이터를 통해 서로 연결되는 경우에는 압축기의 세이빙운전시 공회전을 하는 제2 실린더의 제2 압축공간이 상기 어큐뮬레이터와 연통됨에 따라 그 제2 압축공간에서 일정정도 압축되는 냉매가 상기 어큐뮬레이터로 역류하였다가 상기 제1 실린더의 제1 압축공간으로 흡입된다. 이에 따라 상기 어큐뮬레이터의 온도가 상승하게 되어 냉매의 비체적이 증가하면서 제1 압축공간으로 흡입되는 냉매량이 감소하여 압축기 성능이 저하될 수 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 상기 제1 흡입구와 제2 흡입구가 모두 어큐뮬레이터를 직접 연통되지 않고 한 쪽 실린더만 어큐뮬레이터와 직접 연결되는 경우에는 압축기의 세이빙운전시 상기 제1 압축공간으로는 냉매가 거의 유입되지 않고 상대적으로 저압인 제2 압축공간으로만 대부분의 냉매가 흡입됨에 따라 제2 압축공간으로 흡입되는 냉매의 비체적이 상승하는 것을 방지하여 압축기의 성능이 향상될 수 있다. 실제 세이빙운전시 어큐뮬레이터의 내부온도를 측정한 결과, 양측 실린더가 어큐뮬레이터에 각각 연결되는 경우에는 그 어큐뮬레이터의 내부온도가 대략 50℃정도로 검출되는 반면, 양쪽 실린더가 모두 어큐뮬레이터에 직접 연결되지 않고 한 쪽 실린더를 통해 간접 연결되는 경우에는 어큐뮬레이터의 내부온도가 대략 35℃정도를 유지하는 것으로 나타났다. 이는, 양측 실린더가 각각의 흡입관으로 연결되고 그 복수 개의 흡입관들이 한 개의 어큐뮬레이터를 통해 연결됨에 따라 세이빙운전시 공회전을 하는 실린더에 연 결된 흡입관을 통해 냉매가 어큐뮬레이터로 역류하고 이에 따라 어큐뮬레이터의 온도가 상승하는 것으로 판단할 수 있다. 반면, 양측 실린더중 어느 한 개의 실린더가 한 개의 흡입관으로 연결되고 그 양측 실린더가 서로 연결되는 경우에는 양측 실린더 중에서 상대적으로 낮은 압력상태를 유지하는 실린더쪽으로만 냉매가 지속적으로 흡입되어 공회전되는 실린더에서의 냉매가 역류하는 현상이 거의 일어나지 않게 되는 것으로 판단할 수 있다. 이에 따라 전체적인 압축기의 성능이 향상되는 것임을 알 수 있다.

또, 상기 흡입관이 한 개만 연결됨에 따라 그 흡입관은 물론 모드전환유닛을 이루는 다른 연결관들(특히, 공용측 연결관)을 연결할 때 용접로봇의 작동에 필요한 용접공간이 확보될 수 있어 자동화를 실현할 수 있고 이를 통해 제조비용을 크게 절감할 수 있다. 앞서 언급한 예와 같이 상기 흡입관이 복수 개인 경우에는 그 복수 개의 흡입관들 중에서 어느 한 개의 흡입관은 상기 공용측 연결관이 근접되게 배치됨에 따라 통상 3~4개의 토치를 이용하여 용접하는 스폿용접 로봇의 용접공간이 확보되지 못하면서 용접작업의 자동화가 불가능하게 된다. 이에 따라 작업자가 직접 수작업으로 각 흡입관들과 연결관들을 용접하여야 하므로 그만큼 작업속도가 늦어져 제조비용이 과다하게 상승하게 될 수 있었다. 하지만, 본 발명에서와 같이 상기 흡입관을 한 개만 적용하는 경우에는 스폿용접 로봇의 용접공간이 확보되면서 흡입관과 연결관들에 대한 용접작업을 자동화할 수 있게 된다. 이를 통해 용량 가변형 로터리 압축기의 제작시 모드전환유닛을 조립하는 조립공정이 간소화되고 신속하게 되어 제조비용을 크게 절감할 수 있다.

본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기는 가정용 또는 산업용 에어콘과 같은 냉동기기에 고르게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 포함한 냉동사이클을 개략적으로 보인 계통도,

도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기를 베인을 중심으로 종단면하여 내부를 보인 종단면도,

도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기를 흡입구를 중심으로 종단면하여 내부를 보인 종단면도,

도 4는 도 1에 따른 로터리 압축기의 압축부를 파단하여 보인 사시도,

도 5는 도 4에 따른 로터리 압축기에서 흡입구의 적정위치를 설명하기 위하여 보인 횡단면도,

도 6은 도 4에 따른 로터리 압축기에서 제1 베인을 설명하기 위해 보인 횡단면도,

도 7은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 제1 베인을 구속하기 위한 구속유로를 설명하기 위한 것으로, 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선단면도,

도 8은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 흡입관과 각 연결관의 위치를 설명하기 위해 확대하여 보인 사시도,

도 9는 도 1에 따른 로터리 압축기에서 흡입관과 각 연결관의 용접 위치를 설명하기 위해 보인 평면도,

도 10 및 도 11은 도 1에 따른 로터리 압축기의 파워운전모드를 보인 종단면도 및 횡단면도,

도 12 및 도 13은 도 1에 따른 로터리 압축기의 세이빙운전모드를 보인 종단면도 및 횡단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 케이싱 130 : 중간베어링

131 : 연통구멍 140 : 가스흡입관

310 : 제1 실린더 312 : 제1 흡입구

313 : 베인챔버 314,315 : 구속유로

320 : 제1 롤링피스톤 330 : 제1 베인

410 : 제2 실린더 412 : 제2 흡입구

510 : 저압측 연결관 520 : 고압측 연결관

530 : 공용측 연결관 540,550 : 모드전환밸브

Claims

내부공간이 밀폐된 케이싱;

상기 케이싱의 내부공간에서 상하 양측에 설치되고 각각의 압축공간이 서로 독립적으로 형성되며 그 각각의 압축공간에 연통되도록 각각의 흡입구가 서로 연통되게 구비되는 복수 개의 실린더들;

상기 복수 개의 실린더들의 흡입구들로 냉매가 분배 공급되도록 하는 한 개의 흡입관;

상기 실린더들의 압축공간에서 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 복수 개의 롤링피스톤들;

상기 롤링피스톤들과 함께 각 실린더들의 압축공간들을 흡입공간과 토출공간으로 분리하는 복수 개의 베인들; 및

상기 베인들중에서 적어도 어느 한 쪽 실린더의 베인을 구속하거나 해제하여 압축기의 운전모드를 가변하는 베인구속유닛;을 포함하고,

상기 흡입관은 복수 개의 실린더들 중에서 하측에 위치하는 제2 실린더의 흡입구에 결합되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 베인들 중에서 상기 흡입관이 결합되지 않는 제1 실린더에 구비되는 베인은 그 일측에 상기 롤링피스톤과 접하는 실링면(sealing surface)이 형성되고, 그 실링면의 반대쪽은 압력에 의해 상기 베인이 롤링피스톤 쪽으로 가세되도록 가압면(pressure surface)이 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제2항에 있어서,

상기 제1 실린더의 베인 가압면측에는 상기 케이싱의 내부공간과 분리되어 흡입압 또는 토출압의 냉매가 채워지는 챔버가 더 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제2항에 있어서,

상기 케이싱의 외부에는 상기 베인의 가압면에 흡입압 또는 토출압의 냉매를 선택적으로 공급하기 위한 모드전환유닛이 더 구비되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제4항에 있어서,

상기 모드전환유닛은 상기 베인의 가압면에 흡입압 또는 토출압의 냉매를 선택할 수 있는 모드전환밸브와, 상기 모드전환밸브의 제1 입구와 흡입관을 연결하는 흡입압측 연결관과, 상기 모드전환밸브의 제2 입구와 상기 케이싱의 내부공간을 연결하는 토출압측 연결관과, 상기 모드전환밸브의 출구와 상기 베인의 가압면쪽에 연결하는 공용측 연결관으로 이루어지는 용량 가변형 로터리 압축기.
제5항에 있어서,

상기 흡입구들중에서 적어도 상기 챔버가 형성되는 실린더의 흡입구는 평면투영시 반경방향 중심선이 그 흡입구를 갖는 실린더의 축중심과 교차되도록 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제5항에 있어서,

상기 흡입관이 케이싱에 연결되는 지점(A)에서 상기 공용측 연결관이 케이싱에 연결되는 지점(B)까지의 거리(L1)가 상기 지점(A)에서 상기 토출측 연결관이 케이싱에 연결되는 지점(C)까지의 거리(L2)보다 길지 않게 배치되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제5항에 있어서,

상기 흡입관과 토출압측 연결관 그리고 공용측 연견관은 케이싱에 용접 결합되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,

상기 복수 개의 실린더 중에서 상기 흡입관이 결합되지 않는 제1 실린더에 상기 베인구속유닛이 구비되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제9항에 있어서,

상기 베인구속유닛은 상기 케이싱의 내부공간의 압력을 이용하여 상기 베인을 구속하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제10항에 있어서,

상기 제1 실린더에는 상기 베인이 반경방향으로 움직일 수 있도록 하는 베인슬롯에 연통되고, 그 베인슬롯에서 움직이는 베인의 이동방향에 대해 대략 직각의 방향으로 관통되며, 상기 케이싱의 내부공간과 연통되도록 하는 적어도 한 개의 제1 구속구멍이 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제11항에 있어서,

상기 제1 실린더에는 그 베인슬롯을 중심으로 상기 제1 구속구멍의 반대쪽에서 상기 제1 실린더의 흡입구에 연통되도록 제2 구속구멍이 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 제2 실린더의 상측에는 상기 흡입관이 결합되지 않는 제1 실린더가 배치되고, 상기 제1 실린더의 흡입구는 그 제1 실린더의 일측 모서리에서 내주면방향으로 경사지게 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.
제13항에 있어서,

상기 제2 실린더와 제1 실린더의 사이에는 각각의 압축공간을 분리하는 중간베어링이 배치되고, 상기 중간베어링에는 제2 실린더의 흡입구와 제1 실린더의 흡입구를 연통시키는 연통구멍이 형성되는 용량 가변형 로터리 압축기.