KR20100040158A

KR20100040158A - 용량가변형 압축기의 용량제어밸브

Info

Publication number: KR20100040158A
Application number: KR1020080099254A
Authority: KR
Inventors: 김학수; 장영일; 이용주; 안기정; 이건호
Original assignee: 학교법인 두원학원; 주식회사 두원전자
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-19
Also published as: KR100993765B1; WO2010041841A2; CN102245898A; CN102245898B; US9022061B2; WO2010041841A3; US20110220825A1

Abstract

본 발명은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것으로서, 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하되, 상기 밸브체가 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간 쪽을 향해 작동하면서 개폐하도록 구성된 것을 특징으로 하므로, 밸브체의 단면적을 크게 할 수 있어 제작성이 우수하다는 이점이 있다.

압축기, 용량가변, 밸브, 하우징, 솔레노이드, 벨로우즈, 토출실 압력, 흡입실 압력

Description

용량가변형 압축기의 용량제어밸브{DISPLACEMENT CONTROL VALVE OF VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR}

본 발명은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 시트면의 위치를 종래와 반대로 구성함으로써 제작성을 향상시키고 토출온도가 지나치게 높아지는 것을 방지하여 압축기의 안전성을 높이도록 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 것이다.

자동차용 공조장치의 냉방 시스템에 포함되는 압축기는 벨트를 통해 엔진에 직접 연결되어 있기 때문에 회전수를 제어할 수 없다.

따라서, 근래에는 엔진의 회전수에 의해 규제되는 경우 없이 냉방 능력을 얻기 위해 냉매의 토출량을 변화시킬 수 있는 용량가변형 압축기가 많이 사용되고 있다.

용량가변형 압축기로는 사판식, 로터리식 및 스크롤식 등 다양한 종류가 개시되어 있다.

이 중 사판식 압축기는, 크랭크실 내에서 경사각이 가변되도록 설치된 사판이 회전축의 회전운동에 따라 회전하고, 상기 사판의 회전운동에 의해 피스톤이 왕 복운동하는 방식으로 되어 있다. 이 경우, 상기 피스톤의 왕복운동에 의해 흡입실의 냉매가 실린더 내에 흡입되어 압축된 후 토출실로 배출되는데, 상기 크랭크실 내의 압력과 흡입실 내의 압력 차이에 따라 사판의 경사각이 변화하여 냉매의 토출량이 조절되게 된다.

특히, 전자 솔레노이드식 용량제어밸브를 채택하여 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 크랭크실의 압력을 조정하고, 이를 통해 사판의 경사각을 조정하여 토출용량을 조절하게 되어 있다.

이때, 용량제어밸브의 가동은, 검지된 엔진의 회전수, 차실 내외의 온도 또는 증발기 온도 등의 신호가 CPU 등을 내장하는 제어부에 의해 연산되고, 그 연산결과에 근거하여 전류가 용량제어밸브의 전자코일로 보내짐으로써 이루어진다.

이와 같은 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 관한 대표적인 예가 미국등록특허공보 제6,443,708호(이하, '종래기술'이라 한다)에 개시되어 있으며, 이하 도 1을 참조하여 그 개략적인 구성에 관해서 개략적으로 설명한다.

도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브(20)는, 밸브하우징(40), 밸브체(30) 및 전자 솔레노이드를 포함하고 있어, 전자 솔레노이드가 통전됨에 따라 밸브체(30)가 왕복 이동하면서 밸브하우징(40)에 형성된 토출실 연결공(6)을 개폐하는 구성으로 되어 있다.

상기 밸브하우징(40)에는 압축기의 흡입실, 크랭크실 및 토출실의 압력을 받는 흡입실 연결공(8), 크랭크실 연결공(5) 및 토출실 연결공(6)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 상기 토출실 연결공(6)과 크랭크실 연결공(5)은 서로 연통되어 있 는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 밸브체(30)는 상기 전자 솔레노이드의 통전에 의해 왕복운동하게 되어 있으며, 왕복하면서 상기 크랭크실 연결공(5)을 지나 토출실 연결공(6)을 개폐하게 되어 있다. 상기 밸브체(30)의 하부에는 스프링(28)이 설치되어 있어, 외력이 없는 평상시에는 밸브체(30)가 하강하여 토출실 연결공(6)이 개방된 상태를 유지한다.

상기 전자 솔레노이드는 상기 밸브체(30)에 연결된 가동로드(24)와, 상기 가동로드(24)의 둘레에 배치된 전자코일(21)을 포함하는 구성으로 되어 있다. 상기 가동로드(24)의 단부에는 가동철심(23)이 설치되어 있다.

그러나, 이와 같은 구조의 종래기술에 따르면, 밸브체(30)가 크랭크실 압력(Pc)이 작용하는 크랭크실 연결공(5)으로부터 토출실 압력(Pd)이 작용하는 크랭크실 연결공(6)을 향해 닫히도록 구성되어 있기 때문에, Pd-Ps의 압력차를 밸브 열림량에 대한 변수로 사용하는 밸브에 있어서는 토출실 연결공(5)의 면적이 지나치게 커서는 곤란하였고, 이에 따라 밸브체(30)도 매우 가늘어질 수밖에 없었다.

즉, 밸브체(30)의 단면적에 Pd가 작용하므로, Pd의 작용 면적이 너무 크면 밸브체(30)에 걸리는 밸브 개방력이 과도해지고, 이에 따라 밸브체(30)를 폐쇄하기 위해 전자 솔레노이드에 걸리는 전류가 커져서 발열량이 커지는 단점이 있었다.

이에 따라, 종래에는 용량제어밸브(20)의 제작성이 크게 떨어지는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 발명의 목적은 밸브체가 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간 방향으로 닫히도록 시트면의 위치를 변경시켜서 밸브체의 단면적을 크게 할 수 있으므로 제작성이 우수한 용량가변형 압축기의 용량제어밸브를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은, 토출온도가 지나치게 높은 것으로 인해 압축기가 손상되는 것을 방지할 수 있도록 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브를 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는,

토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하되, 상기 밸브체가 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간 쪽을 향해 작동하면서 개폐하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

상기 밸브체는 상기 제1안내공의 입구를 개폐하는 턱부를 경계로 하여 대경부와 소경부로 나뉘어져 있으며,

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지되어 있되,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에는 흡입압이 작용하고, 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 크랭크실 압력이 작용하는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지되어 있되,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 각각 흡입압이 작용하도록 구성할 수 있다.

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지되어 있되,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 각각 흡입압이 작용하며,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에는 벨로우즈가 설치되도록 구성할 수 있다.

흡입압이 작용하는 상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부 사이는 연결통로에 의해 관통 형성될 수 있다.

또한, 상기 밸브체의 소경부에는 상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에서의 흡입압과 크랭크실 압력을 동시에 받는 수압부가 설치되어 있으며, 상기 수압부의 크랭크실 압력을 받는 부분의 단면적은 밸브체의 대경부의 단면적과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.

상기 수압부는 상기 밸브체에 착탈이 가능하게 설치될 수 있다.

상기 밸브하우징의 토출실 연결공간에는 토출온도에 의해 변형되어 밸브체를 이동시키는 온도변형수단이 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 용량제어밸브는 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하는 것으로서, 상기 밸브하우징의 토출실 연결공간에는 토출온도에 의해 변형되어 밸브체를 이동시키는 온도변형수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 온도변형수단은 바이메탈로 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 밸브체가 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간 방향으로 닫히도록 시트면의 위치를 변경함으로써 밸브체의 단면적을 크게 할 수 있으므로 제작성이 우수하다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 토출온도가 과도한 경우 밸브를 강제로 개방시키는 수단을 가지고 있어 압축기의 주변구조가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 용량제어밸브가 설치된 용량가변형 사판식 압축기의 구조를 개략적으로 설명하도록 한다.

도시된 바와 같이, 용량가변형 사판식 압축기(C)는, 내주면에 길이방향을 따라 평행하게 형성된 다수의 실린더 보어(12)를 가지는 실린더 블럭(10)과, 상기 실린더 블럭(10)의 전방에 밀폐 결합된 전방 하우징(16)과, 상기 실린더 블럭(10)의 후방에 밸브 플레이트(20)를 개재하여 밀폐 결합된 후방 하우징(18)으로 구성된다.

상기 전방 하우징(16)의 안쪽에는 크랭크실(86)이 마련되며, 전방 하우징(16)의 중심 부근에는 구동축(44)의 일단이 회전가능하게 지지되는 한편, 상기 구동축(44)의 타단은 상기 크랭크실(86)을 통과하여 실린더 블럭(10)에 설치된 베어링을 매개로 하여 지지된다.

또한, 상기 크랭크실(86) 내에는 구동축(44) 둘레에 러그 플레이트(54)와 사판(50)이 설치되어 있다.

상기 러그 플레이트(54)에는, 중앙부에 가이드홀(64)이 각각 직선 천공된 한쌍의 동력전달용 지지 암(62)이 일면에 일체로 돌출되게 형성되어 있고, 상기 사판(50)의 일면에는 볼(66)이 형성되어 있어, 상기 러그 플레이트(54)가 회전함에 따라 상기 사판(50)의 볼(66)이 러그 플레이트(54)의 가이드홀(64) 내에서 슬라이딩 이동하면서 사판(50)의 경사각이 가변되게 되어 있다.

또한, 상기 사판(50)의 외주면은 슈(76)를 개재하여 각 피스톤(14)에 미끄럼이동이 가능하게 끼워진다.

따라서, 상기 사판(50)이 경사된 상태에서 회전함에 따라, 그 외주면에 슈(76)를 개재하여 끼워진 피스톤(14)들은 상기 실린더 블럭(10)의 각 실린더 보어(12) 내에서 왕복운동하게 된다.

그리고, 상기 후방 하우징(18)에는 흡입실(22)과 토출실(24)이 각각 형성되어 있고, 후방 하우징(18)과 실린더 블럭(10) 사이에 개재되는 밸브 플레이트(20)에는 각 실린더 보어(12)에 대응하는 곳에 흡입구(32)와 토출구(36)가 각각 형성되어 있다.

상기 피스톤(14)의 왕복운동에 의해 흡입실(22)의 냉매가 실린더 보어(12) 내에 흡입되어 압축된 후 토출실(24)로 배출되는데, 상기 크랭크실(86) 내의 압력 과 흡입실(22) 내의 압력 차이에 따라 사판(50)의 경사각이 변화하여 냉매의 토출량이 조절된다.

본 발명의 실시예에서 채택된 용량가변형 압축기는 전자 솔레노이드식 용량제어밸브(100)를 채택하여 통전에 의해 밸브를 개폐함으로써 크랭크실(86)의 압력을 조정하고, 이를 통해 사판(50)의 경사각을 조정하여 토출용량을 조절하는 방식으로 되어 있다.

이하, 본 발명의 용량가변형 압축기에 채택이 가능한 용량제어밸브의 몇 가지 실시예에 관하여 설명하도록 한다.

제1실시예

도 3과 도 4에 본 실시예에 따른 용량제어밸브(100)의 구성이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용량제어밸브(100)는, 몇 가지 연결공이 형성된 밸브하우징(110), 전자 솔레노이드(130), 상기 밸브 하우징(110)과 전자 솔레노이드(130)의 안쪽에서 이동 가능하게 설치되는 밸브체(120)를 포함하고 있다.

그리고, 상기 밸브 하우징(110)에는 밸브체(120)의 이동을 안내하기 위한 제1안내공(117)이 형성되어 있으며, 상기 전자 솔레노이드(130)에는 후술하는 가동철심(133)의 이동을 안내하기 위한 제2안내공(137)이 형성되어 있다.

상기 전자 솔레노이드(130)가 통전됨에 따라 밸브체(120)가 왕복 이동하면서 밸브하우징(110)에 형성된 제1안내공(117)을 개폐하는 구성으로 되어 있다.

상기 밸브하우징(110)에는 흡입실(22)의 압력(Ps), 크랭크실(86)의 압력(Pc) 및, 토출실(24)의 압력(Pd)이 각각 작용하는 흡입실 연결공간(111), 크랭크실 연결공간(112) 및 토출실 연결공간(113)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 상기 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112)은 제1안내공(117)을 통해 서로 연통되는 구조로 되어 있다.

또한, 상기 밸브체(120)의 선단에는 상기 흡입실 연결공간(111)을 통해 흡입압(Ps)이 작용하도록 구성되어 있으며, 그 단면적(A1)은 다소 크게 형성되어 있다.

또한, 상기 밸브체(120)는 턱부(121)를 경계로 하여 대경부(122)와 소경부(123)로 나뉘어져 있다.

구체적으로, 턱부(121)를 중심으로 전자 솔레노이드 쪽이 소경부(123), 그 반대쪽이 대경부(122)를 형성한다. 상기 턱부(121)는 상기 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112) 사이를 연결하는 제1안내공(117)의 입구를 개폐할 수 있게 되어 있다.

이러한 구성에 따라, 상기 밸브체(120)가 토출실 연결공간(113)으로부터 크랭크실 연결공간(112) 방향으로 닫히도록 시트면(118)이 형성된다.

특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 토출압(Pd)이 작용하는 면적은 단지 대경부(122)의 단면적(A3)이 아니라, 흡입압(Ps)이 작용하는 단면적(A1)과 A3의 차이에 의해 결정되므로 밸브체(120)의 대경부(122)의 단면적(A3)을 크게 하여도 전자 솔레노이드(130)에 과전류가 흐르는 경우가 없고, 이에 따라 전자 솔레노이드(130)가 과열되는 것도 방지된다.

한편, 상기 전자 솔레노이드(130)는 상기 밸브체(120)에 연결된 가동철심(133)과, 상기 가동철심(133)에 이송방향으로 대향되게 배치된 고정철심(134a)과, 상기 가동철심(133)의 둘레에 배치된 전자코일(132)과, 상기 전자코일(132) 등을 감싸는 솔레노이드 하우징(134)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 솔레노이드 하우징(134)은 기타 상기 전자코일(132) 등을 감싸는 사출물로 구성되어 있다.

이에 따라, 상기 전자 솔레노이드(130)의 통전에 의해 가동철심(133)과 밸브체(120)가 왕복운동함과 동시에, 밸브체(120)의 턱부(121)에 의해 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112) 사이를 연결하는 제1안내공(117)의 입구가 개폐된다.

상기 솔레노이드 하우징(134)과 가동철심(133) 또는 밸브체(120) 사이에는 오프 스프링(off-spring, 125)이 설치되어 있어, 외력이 없는 평상시에는 밸브체(120)가 상승하여 제1안내공(117)의 입구가 개방된 상태를 유지한다.

또한, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전자 솔레노이드(130)의 내부에는 솔레노이드 압력 수용부(136)가 형성되어 있다.

이 경우, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에는 크랭크실 압력(Pc)이 작용하도록 구성한다. 이를 위해, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에는 별도의 연결공(116)을 형성하여 크랭크실과 연통되도록 한다.

상기 가동철심(133)의 단면적은 A2로 표시되어 있어, 솔레노이드 압력 수용부(136)의 압력(Pc)과 단면적(A2)의 곱에 해당하는 힘이 가동철심(133)에 작용된 다.

한편, 도 5와 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 밸브하우징(110)과 밸브체(120) 사이에 바이메탈(190)과 같은 온도변형수단을 연결함으로써 토출온도(Td)가 설정치 이상으로 증가할 때 밸브체(120)가 개방되는 방향으로 힘을 작용하여 토출온도를 낮추고, 이를 통해 압축기의 손상을 방지하도록 할 수 있다.

이하, 도 3과 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 용량제어밸브의 작용을 설명한다.

작용설명에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 초기상태는 용량제어밸브(100)로의 전원공급이 차단된 상태로서, 오프 스프링(125)에 의해 밸브체(120)가 상승하여 밸브체(120)의 턱부(121)가 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112) 사이를 연결하는 상기 제1안내공(117)의 입구로부터 분리되어 개방된 상태를 유지하는 것으로 한다.

이에 따라, 토출압(Pd)이 토출실 연결공간(113)을 통해 제1안내공(117)을 경유하여 크랭크실 연결공간(112)을 지나 크랭크실(86)에 작용하므로 크랭크실(86)의 압력은 높아지므로 사판(50)의 경사각은 급속히 작아지게 되고 냉매의 토출량도 줄어들게 된다.

다음, 엔진의 회전수, 실내외기의 온도차, 증발기 하류 온도 및 압력 등을 감지하여 그 신호가 MCU에 보내지면, MCU에서 설정된 열적부하와의 연산이 이루어지고, 감지된 열적부하가 설정치를 초과하게 되면 냉매 토출량 증가를 위한 전류 신호가 전원으로 보내진다.

이에 따라, 전자 솔레노이드(130)에는 증가된 전류가 흐르게 되어, 도 4에 도시한 바와 같이, 가동철심(133)과 밸브체(120)가 오프 스프링(125)의 저항력과 토출실 연결공간(113)의 토출압(Pd)을 이기고 하강 이동함으로써 토출실 연결공간(113)을 폐쇄하게 된다.

이에 따라, 크랭크실(86) 내부의 압력은 급속히 감소하고 사판(50)의 경사각은 급격히 커지므로 압축기의 토출량과 토출압이 커지게 된다.

또한, 솔레노이드 압력 수용부(136)에는 감소된 Pc가 작용하므로 전자 솔레노이드(130)에 의한 밸브체(120)의 하강 이동을 돕는다.

반대로, 열적부하가 줄어들게 되면, MCU로부터 작은 전류에 대한 신호가 전자 솔레노이드(130)에 전달되고, 이 경우 전자기력도 축소되므로 토출압(Pd)과 오프 스프링(125)의 힘에 의해 밸브체(120)는 상승하는 힘을 받는다.

이에 따라, 밸브체(120)의 턱부(121)가 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112) 사이를 연결하는 상기 제1안내공(117)의 입구로부터 분리되기 시작하고, 이어서 토출압(Pd)이 크랭크실(86)에 작용하므로 크랭크실(86)의 압력은 높아지므로 사판(50)의 경사각은 급격히 작아지게 되고 냉매의 토출량도 줄어들게 된다.

이 상태에서는 솔레노이드 압력 수용부(136)에 증가된 Pc가 작용하므로 전자 솔레노이드(130)에 의한 밸브체(120)의 상승 이동을 돕는다.

도 3에 도시한 바와 같이, 이상에서 기술된 본 발명의 용량제어밸브에서 각 구성요소 사이의 힘의 평형관계는 다음 식과 같다.

Fsol - Fspr = Pd×(A1-A3) + Pc×A3 - Ps×A1

= (Pd-Ps)×A1 - (Pd-Pc)×A3

여기서, A1은 흡입실 연결공간(111)으로부터의 밸브체의 수압면적이고, A2는 솔레노이드 압력 수용부(136)에 면하는 가동철심(133)의 수압면적이고, A3는 밸브체(120)의 대경부(122) 단면적이며, Fsol은 전자 솔레노이드의 전자기력이고, Fspr은 오프 스프링의 탄성력을 의미함.

이상과 같이, 본 실시예에 따른 용량제어밸브에 따르면, 전자 솔레노이드(130)로부터의 전자기력과 오프 스프링(125)로부터의 힘이 토출압(Pd)과 흡입압(Ps) 차이와 토출압(Pd)과 크랭크실 압력(Pc) 차이에 의한 힘의 평형상태를 유지하면서 밸브의 개도가 조절된다.

전술한 본 발명의 작용에서는, 밸브체(120)의 턱부(121)가 입구를 단지 개폐하는 구성만을 나타내었으나 통전량에 따라 제1안내공(117)의 입구의 개도(開度)가 조절될 수 있음은 물론이다.

제2실시예

도 7에 본 실시예에 따른 용량제어밸브(100)의 구성이 도시되어 있다. 명세서의 기재에 있어서, 제1실시예와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호가 부여되며 도면에서는 생략하도록 한다.

본 실시예의 용량제어밸브(100)는 솔레노이드 압력 수용부(136)에 흡입압(Ps)가 작용하는 것 외에는 제1실시예와 동일하므로 중복된 설명은 생략하도록 한다.

이 경우, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에 흡입압(Ps)을 작용시키기 위해서는, 흡입실(22)과 솔레노이드 압력 수용부(136)를 연통시키는 별도의 도입구(미도시)를 압축기 하우징(18)과 솔레노이드 하우징(134)에 형성하거나, 용량제어밸브(100)의 내부에서 상기 흡입실 연결공간(111)과 밸브체(120)의 선단에 의해 형성된 Ps가 작용하는 공간과 솔레노이드 압력 수용부(136)를 연결하도록 연결통로(129)를 형성하는 것에 의해 이루어질 수 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 용량제어밸브에서 각 구성요소 사이의 힘의 평형관계는 다음 식과 같다.

Fsol - Fspr = Pd×(A1-A3) - Pc×(A2-A3) - Ps×(A1-A2)

= (Pd-Ps)×A1 - (Pc-Ps)×A2 - (Pd-Pc)×A3

이상과 같이, 본 실시예에 따른 용량제어밸브에서는, 전자 솔레노이드(130)로부터의 전자기력과 오프 스프링(125)로부터의 힘이 토출압(Pd)과 흡입압(Ps) 차이, 토출압(Pd)과 크랭크실 압력(Pc) 차이, 및 크랭크실 압력(Pc)과 흡입압(Ps) 차이에 의한 힘의 평형상태를 유지하면서 밸브의 개도가 조절된다.

전술한 본 발명의 작용에서는, 밸브체(120)의 턱부(121)가 입구를 단지 개폐하는 구성만을 나타내었으나 통전량에 따라 제1안내공(117)의 입구의 개도가 조절될 수 있음은 물론이다.

제3실시예

도 8과 도 9에 본 실시예에 따른 용량제어밸브(100)의 구성이 도시되어 있다.

그리고, 상기 밸브 하우징(110)에는 밸브체(120)의 이동을 안내하기 위한 제1안내공(117)이 형성되어 있으며, 상기 전자 솔레노이드(130)에는 후술하는 가동철 심(133)의 이동을 안내하기 위한 제2안내공(137)이 형성되어 있다.

또한, 상기 밸브체(120)의 선단에는 상기 흡입실 연결공간(111)을 통해 흡입압(Ps)이 작용하도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 밸브체(120)의 선단부에는 벨로우즈(160)가 설치되어 있다.

상기 벨로우즈(160)는 외부 하중이 작용하지 않을 때 소정의 압력이 작용하도록 일정량의 공기가 채워져 있는 주름형의 구조물로서 외부의 압력의 의해 팽창/수축을 수행하면서 그것과 연결된 구성요소에 힘을 가하는 구성요소이다.

또한, 상기 밸브체(120)는 턱부(121)를 경계로 하여 대경부(122)와 소경부(123)로 나뉘어져 있다. 턱부(121)를 중심으로 전자 솔레노이드 쪽이 대경부(122), 그 반대쪽이 소경부(123)를 형성한다. 상기 턱부(121)는 상기 토출실 연결공간(113)과 크랭크실 연결공간(112) 사이를 연결하는 제1안내공(117)의 입구를 개폐할 수 있게 되어 있다.

이러한 구성에 따라, 상기 밸브체(120)가 토출실 연결공간(113)으로부터 크 랭크실 연결공간(112) 방향으로 닫히도록 시트면(118)이 형성된다.

특히, 도 8에 도시된 바와 같이, 토출압(Pd)이 작용하는 면적은 단지 대경부(122)의 단면적(A1)이 아니라, 단면적 As1과 A1의 차이에 의해 결정되므로 밸브체(120)의 대경부(122)의 단면적(A1)을 크게 하여도 전자 솔레노이드(130)에 과전류가 흐르는 경우가 없고 전자 솔레노이드(130)의 과열도 방지된다.

즉, 토출압(Pd)은 밸브체(120)의 단면에 직접 작용하지 않고 이웃하는 부분과의 단면적 차이(As1-A1)에 작용하므로, 그 단면적 차이를 작게 해준다면 Pd에 의한 힘의 크기를 작게 할 수 있고, 밸브체(120)의 단면적을 크게 제조하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 밸브체(120)의 소경부(123)에는 상기 밸브체(120)의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에서의 흡입압(Ps)과 크랭크실 압력(Pc)을 동시에 받는 수압부(129)가 설치되어 있으며, 상기 수압부(129)의 크랭크실 압력(Pc)을 받는 부분의 단면적은 밸브체의 대경부(122)의 단면적과 동일하게 형성되어 있어, 밸브의 개폐에 있어서 크랭크실의 압력(Pc)의 영향을 없앨 수 있다.

기술되지 않은 A2는 소경부(123)의 단면적이며, 본 실시예에서 단면적 A2가 있는 구간은 연결부분으로서의 의미만 갖는다.

상기 가동철심(133) 또는 밸브체(120)에는 오프 스프링(off-spring, 125)이 연결되어 있어, 외력이 없는 평상시에는 밸브체(120)가 하강하여 제1안내공(117)의 입구가 개방된 상태를 유지하도록 한다.

또한, 도 8과 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 가동철심(133)과 솔레노이드 하우징(134)) 사이는 솔레노이드 압력 수용부(136)를 형성한다.

이때, 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에는 크랭크실 압력(Ps)이 작용하도록 구성한다. 상기 솔레노이드 압력 수용부(136)에 흡입압(Ps)을 작용시키기 위해서는, 흡입실(22)과 솔레노이드 압력 수용부(136)를 연통시키는 별도의 도입구(미도시)를 압축기 하우징(18)과 솔레노이드 하우징(134)에 형성하거나, 용량제어밸브(100)의 내부에서 상기 흡입실 연결공간(111)과 밸브체(120)의 선단에 의해 형성된 Ps가 작용하는 공간과 솔레노이드 압력 수용부(136)를 연결하도록 연결통로(129)를 형성하는 것에 의해 이루어질 수 있다.

상기 가동철심(133)의 단면적은 As1로 표시되어 있어, 솔레노이드 압력 수용부(136)의 압력(Ps)과 단면적(As1)의 곱에 해당하는 힘이 가동철심(133)에 작용된 다.

한편, 도 8과 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 밸브하우징(110)과 밸브체(120) 사이에 바이메탈(190)과 같은 구성요소를 연결함으로써 토출온도(Td)가 설정치 이상으로 증가할 때 밸브체(120)가 개방되는 방향으로 힘을 작용하여 토출온도를 낮추고, 이를 통해 압축기의 손상을 방지하도록 할 수 있다.

이하, 도 8과 도 9를 참조하여 본 발명의 제3실시예에 따른 용량제어밸브의 작용을 설명한다.

작용설명에 있어서, 초기상태는, 도 8에 도시된 바와 같이, 용량제어밸브(100)로의 전원공급이 차단된 상태로서, 오프 스프링(125)에 의해 밸브체(120)가 하강하여 밸브체(120)의 턱부(121)가 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결공(112) 사이를 연결하는 상기 제1안내공(117)의 입구로부터 분리되어 개방된 상태를 유지하는 것으로 한다.

이에 따라, 토출압(Pd)이 토출실 연결공(113)을 통해 제1안내공(117)을 경유하여 크랭크실 연결공(112)을 지나 크랭크실(86)에 작용하므로 크랭크실(86)의 압력은 높아지므로 사판(50)의 경사각은 급속히 작아지게 되고 냉매의 토출량도 줄어들게 된다.

이에 따라, 전자 솔레노이드(130)에는 증가된 전류가 흐르게 되어, 도 9에 도시한 바와 같이, 가동철심(133)과 밸브체(120)가 오프 스프링(125)의 저항력과 토출실 연결공(113)의 토출압(Pd)을 이기고 상승 이동함으로써 토출실 연결공(113)을 폐쇄하게 된다.

이때, 외부의 열적부하 즉, 실내의 온도가 높은 관계로 흡입압(Ps)이 상승하게 되고, 이와 같이 상승된 흡입압(Ps)은 필터(162)를 지나 흡입실 연결공간(111)에 작용하게 된다.

이렇게 상승된 흡입압(Ps)에 의해 벨로우즈(160)는 축소되고, 벨로우즈(160)에 고정된 밸브체(120)는 상승하는 힘을 받는다. 이러한 관계로, 전자 솔레노이드(130)에 작용하는 전류가 작아도 밸브체(120)는 용이하게 상승 이동할 수 있게 된다. 전자 솔레노이드(130)에 작용하는 전류량이 적어지면 전자코일(132)로부터의 발열량도 적어지므로 전자 솔레노이드(130)의 열적 영향이 최소화되고 신뢰도가 유지된다.

반대로, 열적부하가 줄어들게 되면, MCU로부터 작은 전류에 대한 신호가 전자 솔레노이드(130)에 전달되고, 이 경우 전자기력도 축소되므로 토출압(Pd)과 오프 스프링(125)의 힘에 의해 밸브체(120)는 하강하는 힘을 받는다.

이에 따라, 밸브체(120)의 턱부(121)가 토출실 연결공(113)과 크랭크실 연결 공(112) 사이를 연결하는 상기 제1안내공(117)의 입구로부터 분리되기 시작하고, 이어서 토출압(Pd)이 크랭크실(86)에 작용하므로 크랭크실(86)의 압력은 높아지고, 결국 사판(50)의 경사각은 급격히 작아지게 되면서 냉매의 토출량도 줄어들게 된다.

이 상태는 실내온도의 냉방이 이미 충분히 이뤄진 상태로서 자연히 흡입압(Ps)도 줄어들게 되므로 벨로우즈(160)는 다시 팽창하여 밸브체(120)의 하강을 돕는다.

도 7에 도시한 바와 같이, 이상에서 기술된 본 발명의 용량제어밸브에서 각 구성요소 사이의 힘의 평형관계는 다음 식과 같다.

Fsol + Fbel - Fspr = (Pd-Ps)×(As1-As2)

여기서, As1은 대경부(122)의 단면적이고, As2는 흡입압 연결공간(111)에 돌출된 밸브체(120)의 선단 단면적이며, Fsol은 전자 솔레노이드의 전자기력이고, Fbel은 벨로우즈에 의해 밸브체(120)에 작용하는 힘이고, Fspr은 오프 스프링의 탄성력을 의미함.

이상과 같이, 전자 솔레노이드(130)로부터의 전자기력과 벨로우즈(160)로부터의 힘은 토출압(Pd)과 흡입압(Ps)에 비례한다. 즉, 전자 솔레노이드(130)에 작용하는 전류의 크기에 따라 토출압-흡입압(Pd-Ps)의 차이 및, 이에 따른 토크 및 토출용량을 용이하게 조절할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 용량제어밸브의 구조를 나타내는 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 용량가변형 압축기의 일 예를 나타내는 종단면도.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 용량제어밸브의 폐쇄구조를 나타내는 종단면도.

도 4는 발명의 제1실시예에 따른 용량제어밸브의 개방구조를 나타내는 종단면도.

도 5는 본 발명의 제1실시예의 변형예로서 용량제어밸브의 폐쇄구조를 나타내는 종단면도.

도 6은 본 발명의 제1실시예의 변형예로서 용량제어밸브의 폐쇄구조를 나타내는 종단면도.

도 7은 발명의 제2실시예에 따른 용량제어밸브의 개방구조를 나타내는 종단면도.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 용량제어밸브의 폐쇄구조를 나타내는 종단면도.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 용량제어밸브의 개방구조를 나타내는 종단면도.

※ 주요 구성부호의 설명

100... 용량제어밸브

110... 밸브하우징

111... 크랭크실 연결공간

112... 크랭크실 연결공간

113... 토출실 연결공간

117... 제1안내공

120... 밸브체

121... 턱부

122... 대경부

123... 소경부

130... 전자 솔레노이드

131... 가동철심

132... 전자코일

134... 솔레노이드 하우징

137... 제2안내공

135... 연통로

136... 솔레노이드 압력 수용부

160... 벨로우즈

170... 벨로우즈 수용부

C... 용량가변형 압축기

Claims

토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브체를 포함하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

상기 밸브체가 토출실 연결공간으로부터 크랭크실 연결공간 쪽을 향해 작동하면서 개폐하도록 구성된 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

상기 밸브체는 상기 제1안내공의 입구를 개폐하는 턱부를 경계로 하여 대경부와 소경부로 나뉘어져 있으며,

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지되어 있되,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에는 흡입압이 작용하고, 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 크랭크실 압력이 작용하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

상기 밸브체는 상기 제1안내공의 입구를 개폐하는 턱부를 경계로 하여 대경부와 소경부로 나뉘어져 있으며,

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지되어 있되,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 각각 흡입압이 작용하는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브하우징의 내부에는 상기 토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 연결하는 제1안내공이 관통되게 형성되고,

상기 밸브체는 상기 제1안내공의 입구를 개폐하는 턱부를 경계로 하여 대경부와 소경부로 나뉘어져 있으며,

상기 밸브체는 오프 스프링에 의해 지지되어 있되,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부에는 각각 흡입압이 작용하며,

상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에는 벨로우즈가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제3항에 있어서,

흡입압이 작용하는 상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부 사이는 연결통로에 의해 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제4항에 있어서,

상기 밸브체의 소경부에는 상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단에서의 흡입압과 크랭크실 압력을 동시에 받는 수압부가 설치되어 있으며, 상기 수압부의 크랭크실 압력을 받는 부분의 단면적은 밸브체의 대경부의 단면적과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제6항에 있어서,

상기 수압부는 상기 밸브체에 착탈이 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제6항에 있어서,

흡입압이 작용하는 상기 밸브체의 전자 솔레노이드 반대쪽 선단과 상기 밸브체의 전자 솔레노이드쪽 단부 사이는 연결통로에 의해 관통 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밸브하우징의 토출실 연결공간에는 토출온도에 의해 변형되어 밸브체를 이동시키는 온도변형수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제9항에 있어서,

상기 온도변형수단은 바이메탈인 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
토출실 연결공간과 크랭크실 연결공간을 구비하는 밸브하우징, 전자 솔레노이드, 및 상기 전자 솔레노이드에 의해 상기 밸브하우징 내부를 왕복운동하는 밸브 체를 포함하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브에 있어서,

상기 밸브하우징의 토출실 연결공간에는 토출온도에 의해 변형되어 밸브체를 이동시키는 온도변형수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.
제11항에 있어서,

상기 온도변형수단은 바이메탈인 것을 특징으로 하는 용량가변형 압축기의 용량제어밸브.