KR20150033062A - 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사판식 압축기의 흡입유로 상에 구비되고 흡입구와 토출구를 구비한 케이스, 흡입구측 흡입유로와 토출구측 흡입유로 사이의 압력차에 의해 상기 케이스 흡입구의 개폐면적을 조절하는 개폐코어, 상기 개폐코어를 탄성적으로 지지하는 탄성스프링을 포함하고, 상기 케이스의 토출구와 마주보는 흡입유로 내측벽의 길이(L)와 상기 케이스의 흡입구 내경(ID)은
Figure pat00007
의 식을 만족시키는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치에 관한 것이다.

Description

사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치{SUCTION DAMPING DEVICE OF SWASH PLATE TYPE COMPRESSOR}
본 발명은 사판의 회전에 따라 왕복 운동하는 복수의 피스톤에 의해 외부 냉매라인으로부터 흡입한 냉매를 압축함에 있어서 흡입구의 개폐면적을 조절하여 냉매의 흡입 맥동을 저감시키는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔다. 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다. 왕복식에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.
위와 같은 다양한 형태의 압축기 중 상기 사판식 압축기는 에어컨 스위치의 온/오프에 따라 구동되는데, 압축기가 구동되면 증발기의 온도가 하강 되고, 압축기가 정지되면 증발기의 온도가 상승 된다.
한편, 사판식 압축기로는 고정 용량형 타입과 가변 용량형 타입이 있다. 이들 압축기는 차량의 엔진의 회전력으로부터 동력을 전달받아 구동되는데, 상기 고정용량형 타입에는 전자 클러치가 구비되어 사판식 압축기의 구동을 제어한다. 그러나 상기 전자클러치가 구비된 고정 용량형 타입의 경우, 압축기의 구동시 또는 정지시 차량의 RPM이 유동하여 안정적인 차량운행을 방해하는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 클러치가 구비되지 않고, 차량의 엔진의 구동과 함께 항상 구동되며, 사판의 경사각을 변화시켜 토출 용량을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 타입이 널리 사용되고 있다. 이러한 가변 용량형 사판식 압축기에는 일반적으로 냉매 토출량의 조절을 위하여 사판의 경사각 조절을 위한 압력조절밸브가 사용된다.
그런데 위와 같은 종래의 가변 용량형 사판식 압축기의 경우 냉매 흡입량이 적어지면 흡입포트에 진동이 발생하여 맥동이나 굉음이 발생하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 냉매 흡입량이 적을 때 흡입포트의 유동면적을 서서히 변화시켜 급격한 흡입을 회피하고자 도 3에 개폐밸브(500)가 제안된 바 있다.
이러한 개폐밸브(500)는 케이스(510), 개폐코어(520), 및 탄성스프링(530)으로 이루어지며, 상기 케이스(510)는 그 상단에 개방된 흡입구(511)를 구비하고, 측벽면 일측에 흡입구(511)와 직각을 이루면서 토출구(512)가 형성되어 있다.
상기 개폐코어(520)는 케이스(510) 내부에 축방향으로 이동가능하게 설치되는 원통형의 플런저로서, 흡입구(511)에 걸리는 냉매 압력에 따라 케이스(510)의 내부를 상하로 이동하면서 흡입구(511)로부터 토출구(512)로의 냉매의 유동을 단속하는 역할을 한다.
상기 탄성스프링(530)은 흡입구(511)를 통해 케이스(510) 내부로 유입되는 냉매의 압력에 대해 개폐코어(520)를 탄력적으로 지지하도록 설치되며, 흡입구(511)에 냉매 압력이 걸리지 않게 되는 때에 개폐코어(520)를 흡입구(511)에 밀착시켜 흡입구(511)가 폐쇄될 수 있도록 한다.
또한, 상기 개폐코어(520)의 외주면에는 축방향 홈(521)이 형성됨으로써, 개폐코어(520)가 흡입구(511)에 밀착된 상태에서도 상기 축방향 홈(521)을 통해 냉매의 유동이 가능할 수 있게 되어 흡입구(511)에 걸리는 냉매 압력의 급격한 변화가 있더라도 흡입맥동 저감장치의 급격한 개도 변화가 방지될 수 있게 된다.
그러나, 위와 같은 종래의 개폐밸브(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 흡입유로(121,122)상에 설치되므로 흡입유로(121,122)와의 구조에 의해서도 맥동 저감효과가 달라지게 되는데, 흡입유로(121,122)와의 구조를 고려하지 않고 설계되어 맥동 저감효과를 극대화시킬 수 없었을 뿐만 아니라 맥동을 개선시키는 데에 구조적 설계가 초점이 맞추어져 오히려 흡입성능을 저하시키는 문제를 초래할 수 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡입 성능이 저하되지 않는 조건하에서 맥동을 저감시킬 수 있는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치는 사판식 압축기 하우징의 흡입유로 상에 구비되고 흡입구와 토출구를 구비한 케이스, 흡입구측 흡입유로와 토출구측 흡입유로 사이의 압력차에 의해 상기 케이스 흡입구의 개폐면적을 조절하여 흡입유로로 유입되는 냉매의 흡입 맥동을 저감시키는 개폐코어, 상기 개폐코어를 탄성적으로 지지하는 탄성스프링을 포함하는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치에 있어서, 상기 케이스의 토출구와 마주보는 흡입유로 내측벽의 길이(L)와 상기 케이스의 흡입구 내경(ID)은 아래의 식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
Figure pat00001
본 발명의 실시예에 따른 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치에 있어서, 상기 흡입유로 내측벽과 상기 개폐코어 사이의 거리는 아래의 식을 만족시키는 것이 바람직하다.
Figure pat00002
본 발명에 따르면, 맥동 저감을 위한 개폐밸브가 설치되는 흡입유로의 구조와 개폐밸브의 구조적 형상으로부터 맥동 저감과 흡입 성능에 영향을 미치는 요소들을 찾아내어 구조적 형상에 적용함으로써 흡입 성능이 저하되지 않는 조건하에서 맥동을 저감시킬 수 있게 된다.
도 1과 도 2는 사판식 압축기의 개략적 단면도,
도 3은 사판식 압축기에 채용되는 흡입맥동 저감장치의 절개 사시도,
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치를 나타낸 개략적 단면도,
도 6은 사판식 압축기의 흡입맥동과 흡입성능을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 사판식 압축기는 크게 하우징(100)과, 회전축(200), 사판(300), 및 복수개의 피스톤(400)을 포함한다.
상기 하우징(100)은 사판식 압축기의 외부 몸체를 이루는 부분으로, 내부에 회전축(200)과 사판(300), 및 복수의 피스톤(400)을 수용하는 실린더실(110)이 형성되어 있고, 흡입행정시 실린더실(110)로 냉매를 공급하는 흡입유로(121,122)가 형성되어 있으며, 압축행정시 실린더실(110) 내의 냉매가 배출되는 토출유로(134)가 형성되어 있다.
상기 흡입유로(121,122)의 선단에는 외부에서 냉매가 유입되는 흡입포트(130)가 형성되어 있고, 흡입유로(121,122)에는 개폐밸브(500)가 장착되어 있다.
상기 회전축(200)은 외부 구동원의 회전 구동력을 압축기의 내부로 전달하는 수단으로서, 하우징(100)의 일측에 축회전 가능하게 장착되고, 하우징(100)의 외부에 구비되는 회전풀리(250)에 의해 외부의 회전 구동력을 전달받아 회전하게 된다.
상기 사판(300)은 상기 회전축(200)의 회전 구동력을 피스톤(400)의 왕복 직선운동으로 전환하는 수단으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(200) 상에 경사진 상태로 장착되어, 회전축(200)과 함께 회전하게 된다. 이때, 사판(300)의 가장자리 부분에는 복수개의 슈(310)가 원주방향으로 장착되어 슈(310)를 통해 복수개의 피스톤(400)이 상대 이동 가능하게 미끄럼 지지된다.
도 1 및 도 2에 도시된 사판식 압축기는 가변 용량형 사판식 압축기로서, 사판(300)의 경사각도가 가변되도록 설치되며, 도 2에 도시된 것처럼 회전축(200)에 대한 사판(300)의 경사가 90도인 경우, 피스톤(400)의 왕복 운동이 사라지므로 회전축(200)은 공회전하게 된다. 반대로, 도 1과 같이 사판(300)이 회전축(200)에 대해 경사지게 되면 피스톤(400)이 실린더실(110) 내에서 왕복 운동을 하면서 냉매를 압축하게 된다.
여기서, 상기 개폐밸브(500)는 사판(300)의 경사가 90도에 가까워질 경우 냉매의 유입량이 적어지게 되므로 개폐면적이 작아지고, 반대로 경사가 90도보다 작아질 때에는 냉매의 유입량이 증대되므로 그에 따라 개폐면적이 커지도록 되어 있다.
상기 복수개의 피스톤(400)은 사판(300)에 의해 실린더실(110)의 내부를 왕복 운동하면서 냉매를 압축하는 수단으로, 흡입유로(121,122)를 통해 상기 실린더실(110) 안으로 흡입한 냉매를 토출유로(140)를 통해 외부의 냉매라인으로 토출시키게 된다.
개폐밸브(500)는 상기 하우징(100)의 흡입유로(121,122) 상에 구비되고 흡입구(511)와 토출구(512)를 구비한 케이스(510), 흡입구측 흡입유로(121)와 토출구측 흡입유로(122) 사이의 압력차에 의해 상기 케이스(510) 흡입구(511)의 개폐면적을 조절하여 흡입유로(121,122)로 유입되는 냉매의 흡입 맥동을 저감시키는 개폐코어(520), 및 상기 개폐코어(520)를 탄성적으로 지지하는 탄성스프링(530)을 포함한다.
흡입유로(121,122)는 케이스(510)의 흡입구(511) 전방에 위치하는 흡입구측 흡입유로(121)와, 케이스(510)의 토출구(512) 후방에 위치하는 토출구측 흡입유로(122)로 구분된다.
상기 흡입구측 흡입유로(121)와 토출구측 흡입유로(122)는 서로 수직하게 형성되고, 그로 인해 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 흡입구측 흡입유로(121)로부터 상기 개폐밸브(500)로 유입된 냉매는 90도 방향이 전환되어 상기 토출구측 흡입유로(122)로 토출된다.
상기 케이스(510)는 흡입구(511)가 흡입구측 흡입유로(121)쪽을 향하고 토출구(512)가 토출구측 흡입유로(122)쪽을 향하도록 흡입구측 흡입유로(121)에 압입되어 결합된다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(510)의 흡입구(511)는 흡입구측 흡입유로(121)쪽, 즉 흡입포트(130)쪽을 향하여 배치되고, 토출구(512)는 상단 일부가 흡입구측 흡입유로(121)를 형성하는 흡입유로 내측벽(125)과 마주보게 배치된다.
상기 토출구(512)는 상단 일부가 흡입구측 흡입유로(121)의 내측벽(125)과 인접하여 마주보게 배치되고, 나머지 부분은 토출구측 흡입유로(122)와 연통되게 배치되어 있다. 결국, 상기 흡입구측 흡입유로(121)의 내측벽(125)은 상기 토출구(512)와 함께 냉매가 이동하는 유로를 형성하게 되고, 그로 인해 그 내측벽(125)과 토출구(512)와의 간격 및 그 내측벽(125)의 길이(L)가 유량에 영향을 미치게 된다.
즉, 도 6의 아래쪽 그래프에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(510)의 토출구(512)와 마주보는 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)가 길어질수록 흡입성능이 저하되는 것을 알 수 있다. 이는 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)가 길어지게 되면 그 길이만큼 토출구(512)가 흡입유로(121,122)의 내측벽(125)에 의해 닫히게 되어 개폐면적이 줄어들기 때문인데, 흡입성능을 높이기 위해 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)를 상당한 길이로 짧게 하면 도 6의 위쪽 그래프에 도시된 바와 같이 맥동이 개선되지 않게 된다.
도 6의 위쪽 그래프는 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)와 맥동과의 관계를 나타낸 것으로, 세로축은 맥동을 나타내는데 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)가 길어질수록 맥동이 반비례하여 개선되는 것을 볼 수 있다.
아래쪽 그래프는 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)와 흡입성능과의 관계를 나타낸 것으로, 세로축은 흡입성능의 감소율(%)을 나타내는데 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)가 길어지다가 일정 길이에서 흡입성능이 급감하는 것을 볼 수 있다.
도 6의 그래프는 흡입구(511)의 내경(ID)이 13mm이고, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)가 4mm일 때 흡입성능과 맥동을 실험한 결과를 나타낸 것이다. 이러한 조건하에서 흡입성능은 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)가 6mm 정도일 때 급감하기 시작하고 맥동 또한 6mm 정도에서부터 완만해지기 시작한다. 따라서, 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)를 6mm로 하게 되면 흡입성능이 크게 저하되지 않는 수준에서 흡입 맥동을 개선시킬 수 있게 된다.
여기서, 위와 같은 그래프를 얻기 위해서는 상기 흡입유로 내측벽(125)의 길이(L)와 흡입구(511) 내경(ID)이 아래의 식을 만족해야 한다.
Figure pat00003
즉, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)의 길이(L)은 흡입구(511) 내경(ID)의 1/2 보다 작거나 같고 적어도 1/4 보다 크거나 같아야 한다. 여기서, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)의 길이(L)가 흡입구(511) 내경(ID)의 1/2 보다 길 경우 흡입유로(121,122)로 유입되는 냉매의 흡입 성능이 급격하게 저하되고, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)의 길이(L)가 흡입구(511) 내경(ID)의 1/4 보다 짧을 경우에는 유입 냉매의 맥동이 크게 개선되지 않게 된다.
또한, 상기 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)는 아래의 식을 만족해야 한다.
Figure pat00004
즉, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)는 흡입구(511) 내경(ID)의 1/3 보다 작거나 같고 적어도 1/6 보다 크거나 같아야 한다. 개폐코어(520)가 케이스(510)의 내측벽에 밀착되어 슬라이드 이동하는 경우, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)는 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 토출구(512) 사이의 거리와 동일시할 수 있다. 여기서, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)는 흡입구(511) 내경(ID)의 1/3 보다 클 경우에는 유입 냉매의 맥동이 크게 개선되지 않고, 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)는 흡입구(511) 내경(ID)의 1/6 보다 작을 경우에는 유입 냉매의 흡입 성능이 급격히 저하된다.
개폐밸브(500)는 흡입구측 흡입유로(121)와 토출구측 흡입유로(122) 사이의 차압에 의해 개폐면적이 조절된다.
상기 케이스(510)는 개폐밸브(500)의 외체를 이루는 원통형상으로 형성되고, 원통형상의 상단 중앙에 흡입포트(130)와 연통되는 흡입구(511)가 형성되어 있으며, 원통형상의 외주면에 토출구(512)가 형성되어 있다. 흡입구(511)가 개방되면 흡입포트(130)로 유입된 외부 냉매가 흡입구(511)를 통해 케이스(510) 내부로 유입되었다가 토출구(512)로 통해 토출구측 흡입유로(122)로 토출된다.
상기 개폐코어(520)는 케이스(510) 내부를 통과하는 냉매의 유동을 단속하는 수단으로서, 케이스(510)의 흡입구(511)에서 토출구(512)로 이어지는 냉매의 유동을 단속할 수 있도록 케이스(510)의 흡입구(511)를 통해 유입되는 냉매의 압력과 토출구측 흡입유로(122)의 압력 간의 차압에 따라 축방향으로 왕복 이동하면서 케이스(510)의 흡입구(511) 및 토출구(512)의 개폐면적을 조절한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 개폐코어(520)의 외주면에는 축방향 홈(521)이 형성됨으로써, 상기 개폐코어(520)가 케이스(510)에 밀착된 상태에서도 상기 축방향 홈(521)을 통해 냉매의 유동이 가능할 수 있게 되고 그로 인해 흡입구(511)에 걸리는 냉매 압력의 급격한 변화에 따른 개폐코어(520)의 개폐면적이 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 개폐코어(520)는 케이스(510)의 내부에서 상하로 왕복 이동할 수 있는 원통형상으로 형성되고 탄성스프링(530)에 의해 지지된다.
상기 탄성스프링(530)은 위와 같이 개폐코어(520)를 지지하는 탄성 반발 수단으로서, 케이스(510)의 내부 공간의 바닥과 개폐코어(520) 사이에 설치되어 개폐코어(520)를 지지하며, 흡입구(511)를 통해 유입되는 냉매의 압력에 대해 개폐코어(520)를 반발시키게 된다. 가령, 흡입구(511)를 통해 작용하는 냉매의 압력이 없는 경우에는 도 4에 도시된 것처럼, 개폐코어(520)를 최대한 위쪽으로 밀어올려 케이스(510)의 흡입구(511)를 닫게 되고, 흡입구(511)를 통해 작용하는 냉매의 압력이 최대일 때는 도 5에 도시된 바와 같이, 최대한 압축되어 토출구(512)를 최대로 개방하게 된다.
도 1과 도 2를 참조하여 부연설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 사판(300)의 경사가 최대일 때, 각 피스톤(400)의 행정은 최대가 되고, 따라서 흡입포트(131)를 통해 외부에서 유입되는 냉매의 양도 최대로 된다. 이에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이 개폐밸브(500)의 흡입구(511)를 막고 있던 개폐코어(520)는 탄성스프링(530)을 최대로 압축하면서 하사점에 이르게 된다. 이와 같이, 개폐코어(520)가 하사점에 이르면, 개폐밸브(500)의 흡입구(511)는 물론 토출구(512)도 최대로 개방됨으로써 최대 유량의 냉매가 토출구측 흡입유로(122)로 전달된다.
반대로, 사판(300)의 경사가 도 2에 도시된 것처럼 90도로 된 경우에는, 각각의 피스톤(400)은 정지 상태를 유지한다. 이때, 흡입포트(131)를 통해 유입되는 냉매의 양은 최소로 되며, 이 경우 도 4에 도시된 바와 같이, 탄성스프링(530)의 반력에 의해 개폐코어(520)가 흡입구(511)를 폐쇄한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 하우징 110 : 실린더실
121 : 흡입구측 흡입유로 122 : 토출구측 흡입유로
130 : 흡입포트 140 : 토출유로
200 : 회전축 250 : 회전풀리
300 : 사판 400 : 피스톤
500 : 개폐밸브 510 : 케이스
511 : 흡입구 512 : 토출구
520 : 개폐코어 521 : 축방향 홈
530 : 탄성스프링

Claims (2)

  1. 사판식 압축기의 흡입유로(121,122) 상에 구비되고 흡입구(511)와 토출구(512)를 구비한 케이스(510), 흡입구측 흡입유로(121)와 토출구측 흡입유로(122) 사이의 압력차에 의해 상기 케이스(510) 흡입구(511)의 개폐면적을 조절하여 흡입유로(121,122)로 유입되는 냉매의 흡입 맥동을 저감시키는 개폐코어(520), 상기 개폐코어(520)를 탄성적으로 지지하는 탄성스프링(530)을 포함하는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치에 있어서,
    상기 케이스(510)의 토출구(512)와 마주보는 흡입유로(121,122) 내측벽(125)의 길이(L)와 상기 케이스(510)의 흡입구(511) 내경(ID)은 아래의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치.
    Figure pat00005
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입유로(121,122) 내측벽(125)과 상기 개폐코어(520) 사이의 거리(d)는 아래의 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치.
    Figure pat00006
KR1020130112560A 2013-09-23 2013-09-23 사판식 압축기의 흡입맥동 저감장치 KR101995886B1 (ko)

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