KR20200001647A - 용량 가변형 사판식 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러그플레이트가 구비되는 구동샤프트와, 상기 구동샤프트와 결합하여 경사각이 변하도록 회전하는 사판이 수용되는 크랭크실이 내부에 형성된 전방하우징; 상기 전방하우징과 이격되게 구비되며 냉매의 흡입실 및 토출실이 형성된 후방하우징; 상기 전방하우징 및 후방하우징 사이에 구비되며, 복수개의 실린더보어가 내부에 형성된 실린더블록; 및 상기 사판의 회전에 의해 상기 실린더보어 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하되, 상기 구동샤프트의 내측에는 냉매 및 냉매보다 상대적으로 작은 양의 오일이 유동하도록 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하는 상시연통로가 형성되고, 상기 실린더블록의 내측에는 냉매와 오일이 유동하며, 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하고 상기 상시연통로의 직경보다 작은 직경을 가지는 가변연통로가 형성되며, 상기 실린더블록에는 상기 사판이 회전 시 비산되는 오일과 마찰하여 비산되는 오일을 상기 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하여 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기를 제공한다.
따라서, 크랭크실과 흡입실을 연통하는 가변연통로를 실린더블록에 형성시킴으로써 사판의 회전속도가 증가함에 따라 외부로 토출되는 오일의 양이 점진적으로 증가하도록 할 수 있으며, 가변연통로를 실린더블록의 일면에 형성된 단차부에 형성하여 사판이 회전할 때 비산되는 오일이 단차부의 벽면에 부딪쳐 단차가 없는 실린더블록의 면으로 흘러내리는 오일의 양이 시스템 내부로 유출되는 양보다 많아 오일의 순환율이 낮아지도록 하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

용량 가변형 사판식 압축기{Capacity-variable swash type compressor}

본 발명은 용량 가변형 사판식 압축기의 오일 분리 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사판의 경사각이 변화함에 따라 냉매의 토출량을 조절할 수 있는 용량 가변형 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 사판식 압축기란, 회전축에 대하여 경사지게 부착한 사판(스와시)을 회전시키면 판의 끝이 축에 평행한 왕복 운동을 하는 원리를 이용하여, 사판의 양쪽에 피스톤을 설치하여 냉매를 흡입 및 압축하는 압축기를 의미한다.

용량 가변형 사판식 압축기란, 러그플레이트를 이용하여 사판과 회전축이 이루는 각을 변화시켜, 압축기로부터 토출되는 냉매의 양을 조절하는 압축기를 의미한다. 용량 가변형 사판식 압축기는, 냉매가 필요 이상으로 토출되는 경우에, 토출되는 양을 조절함으로써, 압축기 및 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.

상기와 관련된 기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2016-0041128호에서는, 용량 가변형 사판식 압축기에 관해 개시하고 있다.

상기 종래의 용량 가변형 사판식 압축기는, 실린더블럭에 크랭크실과 흡입실을 연통하는 가변연통로가 형성되며, 이러한 가변연통로를 개폐시키는 CS핀밸브(Crank-suction pin valve)를 구비한다.

상기 종래의 용량 가변형 사판식 압축기의 경우, 사판의 최소각(고속) 운전 시 혹은 압축기의 가변 운전 시에, 크랭크실 내부의 압력이 일정 수준을 넘어서면 CS핀밸브가 개방된다.

이 경우, 상기 종래의 용량 가변형 사판식 압축기는, 사판의 회전속도에 관계없이 냉매와 오일의 혼합물이 급격하게 가변연통로를 통해 토출된다는 문제점이 있다.

도 1에는 종래의 용량 가변형 사판식 압축기에 형성된 가변연통로를 통해 토출되는 오일의 양을 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 도 1의 세로축은 시스템을 순환하는 오일의 순환율(OCR;Oil circulation rate)을 의미하며, 가로축은 사판 및 구동샤프트의 회전속도(Shaft speed(rpm))을 의미한다.

도면을 참조하면, RPM이 1200이 되는 시점에, 오일순환율이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, RPM이 1200이 되는 시점에서, 가변연통로를 통해 토출되는 오일의 양이 급격하게 늘어나게 된다.

상기와 같이 오일이 급격하게 토출되는 경우, 증발기로 오일이 과다하게 유입되어, 증발기의 성능을 저하시키게 되고, 이에 따라 시스템의 냉방 효율이 저하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 실린더블록의 일면에 단차부를 형성함으로써 사판의 회전속도가 증가함에 따라 비산되는 오일이 단차부에 부딪쳐 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하여 실린더블록의 일면으로 흘러내리는 오일의 양이 가변연통로를 통해 유출되는 양보다 많도록 하여 시스템 내부로 배출되는 오일의 양이 작아지도록 함으로써 오일의 순환율이 낮아지도록하여 시스템 효율을 향상시키도록 개선된 용량 가변형 사판식 압축기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 러그플레이트가 구비되는 구동샤프트와, 상기 구동샤프트와 결합하여 경사각이 변하도록 회전하는 사판이 수용되는 크랭크실이 내부에 형성된 전방하우징; 상기 전방하우징과 이격되게 구비되며 냉매의 흡입실 및 토출실이 형성된 후방하우징; 상기 전방하우징 및 후방하우징 사이에 구비되며, 복수개의 실린더보어가 내부에 형성된 실린더블록; 및 상기 사판의 회전에 의해 상기 실린더보어 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하되, 상기 구동샤프트의 내측에는 냉매 및 냉매보다 상대적으로 작은 양의 오일이 유동하도록 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하는 상시연통로가 형성되고, 상기 실린더블록의 내측에는 냉매와 오일이 유동하며, 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하고 상기 상시연통로의 직경보다 작은 직경을 가지는 가변연통로가 형성되며, 상기 실린더블록에는 상기 사판이 회전 시 비산되는 오일과 마찰하여 비산되는 오일을 상기 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하여 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기를 제공한다.

본 발명에 따른 용량 가변형 사판식 압축기에 있어서, 상기 가변연통로의 직경은 0.5 내지 2.0 mm인 것이 바람직하다.

상기 실린더블럭의 내부에는 혼합실이 형성될 수 있으며, 상기 상시연통로와 가변연통로를 흐르는 냉매와 오일은 상기 혼합실에서 혼합된 후, 상기 흡입실로 흐르는 것이 바람직하다.

상기 러그플레이트와 사판 사이의 크랭크실과 상기 상시연통로를 연통하도록 제1 연통홀이 상기 구동샤프트에 형성될 수 있고, 상기 사판과 실린더블럭 사이의 크랭크실과 상기 상시연통로를 연통하도록 제2 연통홀이 상기 구동샤프트에 형성될 수 있다.

상기 단차부는 상기 혼합실의 둘레면 외측에 라운드지게 돌출된 형상으로 배치될 수 있고, 상기 단차부는 상기 실린더블록의 일면에서 6 내지 10㎜의 높이를 가지도록 내측으로 삽입되게 형성될 수 있으며, 상기 가변연통로는 상기 단차부에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 용량 가변형 사판식 압축기는 크랭크실과 흡입실을 연통하는 가변연통로를 실린더블록에 형성시킴으로써 사판의 회전속도가 증가함에 따라 외부로 토출되는 오일의 양이 점진적으로 증가하도록 할 수 있으며, 가변연통로를 실린더블록의 일면에 형성된 단차부에 형성하여 사판이 회전할 때 비산되는 오일이 단차부의 벽면에 부딪쳐 단차가 없는 실린더블록의 면으로 흘러내리는 오일의 양이 시스템 내부로 유출되는 양보다 많아 오일의 순환율이 낮아지도록 하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 용량 가변형 사판식 압축기에 형성된 가변연통로를 통해 토출되는 오일의 양을 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용량 가변형 사판식 압축기를 도시한 도면이도이다.
도 3은 도 2에 도시된 가변연통로가 형성된 실린더블록의 측면도이다.
도 4는 단차부가 없는 실린더블록에 형성된 가변연통로를 통해 토출되는 오일의 양과 단차부가 있는 실린더블록에 가변연통로를 통해 토출되는 오일의 양을 비교하여 도시한 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술작 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 용량 가변형 사판식 압축기(100)는 전방하우징(110)과, 후방하우징(120)과, 실린더블록(130)과, 피스톤(140)을 포함하며, 상기 전방하우징(110)의 내부에는 크랭크실(110a)이 형성되며, 상기 크랭크실(110a)에는 구동샤프트(111), 러그플레이트(112), 사판113)이 수용된다.

상기 구동샤프트(111)는 외부의 구동모터(미도시)로부터 구동력을 전달받아 회전하며, 상기 구동샤프트(111)에는 러그플레이트(112)가 설치되고, 사판(113)이 결합한다. 상기 사판(113)은 상기 러그플레이트(112)에 의해 경사각이 변하게 되며, 상기 러그플레이트(112)에 의해 상기 사판(113)의 경사각이 변하는 기술은 공지된 일반적인 기술인 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 전방하우징(110)와 이격되게 구비되는 후방하우징(120)의 내부에는 흡입실(120a)과 토출실(120b)이 형성되며, 상기 흡입실(120a)로는 상기 크랭크실(110a)로부터 토출되는 냉매와 오일의 혼합물이 흡입되고, 상기 토출실(120b)을 통해 피스톤(140)에 의해 외부로 냉매와 오일의 혼합물이 토출된다.

상기 전방하우징(110)과 상기 후방하우징(120) 사이에는 실린더블록(130)이 개재되며, 상기 실린더블록(130)의 내부에는 복수개의 실린더보어(130a)가 형성된다. 상기 실린더보어(130a)의 내에는 피스톤(140)이 구비되며, 상기 피스톤(140)은 상기 사판(113)의 회전에 의해 상기 실린더보어(130a) 내에서 왕복이동 하게 된다.

상기 구동샤프트(111)의 내측에는 상기 전방하우징(110)의 크랭크실(110a)과 상기 후방하우징(120)의 흡입실(120a)을 연통하는 상시연통로(111a)가 형성되며, 상기 크랭크실(110a) 내부의 냉매와 오일이 상기 상시연통로(111a)를 통해 상기 흡입실(120a)로 흐르게 된다.

이때, 상기 사판(113)의 회전 속도가 증가할수록 상기 상시연통로(111a)를 통해 토출되는 냉매와 오일의 양은 줄어들게 된다. 상기 사판(113)의 회전 속도가 증가할수록 상기 상시연통로(111a) 내부에 발생되는 마찰력이 더 커지게 되고 그에 따라 후술되는 제1연통홀(111b) 및 제2연통홀(미도시)을 통해 유입되는 유체에 가해지는 유로저항이 더 커지기 때문이다.

상기 러그플레이트(112)와 상기 사판(113) 사이의 상기 크랭크실(110a)과 상기 상시연통로(111a)가 연통될 수 있도록 상기 구동샤프트(111)에는 제1연통홀(111b)이 형성되는 것이 바람직하다.

상기 러그플레이트(112)와 상기 사판(113) 사이의 공간에는 다른 크랭크실(110a)의 공간에 비해 오일이 적게 분포된다. 이는 상기 사판(113)이 상기 크랭크실(110a) 내에서 구동샤프트(111)와 함께 회전하게 되면, 상기 러그플레이트(112)와 사판(113) 사이의 오일이 회전하는 사판(113)에 의해 원심력을 받아 상기 크랭크실(110a)의 외주 영역으로 밀려나기 때문이다.

상기 제1연통홀(111b)이 상기 구동샤프트(111)에 형성되는 경우, 상기 상시연통로(111a)를 통해 오일 대비 냉매의 비율이 높은 혼합물이 상기 흡입실(120a)로 유동하게 된다.

다만, 이는 어디까지나 본 발명의 일 실시 예에 불과하며, 상기 제1연통홀(111b)이 아닌 상기 사판(113)과 실린더블럭(130) 사이의 크랭크실(110a)과 상기 상시연통로(111a)를 연통시키는 제2연통홀(미도시)이 상기 구동샤프트(111)에 형성될 수 있다. 따라서 필요에 따라 제1연통홀(111b) 또는 제2연통홀(미도시)을 구동샤프트(111)에 형성시킴으로써, 상시연통로(111a)를 통해 흐르는 냉매와 오일의 비를 조절하는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 실린더블록(130)의 내측에는 상기 상시연통로(111a)의 직경보다 작은 직경을 가지는 가변연통로(130b)가 형성된다. 상기 가변연통로(130b)는 상기 크랭크실(110a)과 상기 흡입실(120a)을 연통하도록 형성되며, 상기 가변연통로(130b)를 통해 상기 상기 크랭크실(110a) 내부의 냉매와 오일이 상기 흡입실(120a)로 유동하게 된다.

상기 가변연통로(130b)는 다른 곳에 비해 상대적으로 오일 분포가 높은 상기 사판(113) 및 상기 러그플레이트(112)의 외측 부분의 크랭크실(110a)과 흡입실(120a)을 연통하도록 형성되는 것이 바람직하며, 상기 가변연통로(130b)를 통해 오일이 풍부하게 포함된 냉매와 오일의 혼합물이 외부로 토출될 수 있도록 한다.

이와 같이 상기 상시연통로(111a)와 상기 가변연통로(130b)를 통해 흐르는 냉매와 오일은 상기 실린더블록(130)의 내부에 형성된 혼합실(130c)에서 혼합된다. 상기 혼합실(130c)에서 혼합된 냉매와 오일은 상기 후방하우징(120)의 흡입실(120a)로 흐르게 된다.

상기 실린더블록(130)에는 상기 사판(113)이 회전 시 오일이 비산될 때 오일과 부딪쳐 오일을 부딪친 오일을 흘러내리도록 하는 단차부(132)가 형성된다. 상기 단차부(132)는 상기 실린더블록(130)의 일측 둘레면에서 내측으로 삽입되게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 단차부(132)에 상기 가변연통로(130b)가 형성된다.

상기 단차부(132)는 상기 혼합실(130c)의 일측 둘레면 외측에 라운드지게 돌출된 형상으로 배치되고, 상기 단차부(132)는 상기 실린더블록(130)의 일면에서 6 내지 10㎜의 높이를 가지도록 내측으로 삽입되게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 단차부(132)가 상기 실린더블록(130)의 일면에서 내측으로 높이를 가지도록 삽입됨으로써 상기 사판(113)이 회전 시 비산되는 오일이 절곡된 단차벽 부딪쳐 상기 실린더블록(130)의 일면으로 흘러내리게 되며, 상기 가변연통로(130b)는 상기 단차부(132)에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 가변연통로(130b)가 상기 단차부(132)에 형성됨으로써 상기 사판(113)이 회전 시 비산되는 상기 가변연통로(130b)를 통해 억류하는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기 가변연통로(130b)의 직경은, 0.5 내지 2.0 mm가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 가변연통로(130b)의 직경이 0.5 mm 미만이 되어 오일이 거의 배출되지 않는 경우는, 사판의 고속 회전 시 혹은 압축기의 가변 운전 시, 오일의 저항에 의해 압축기의 온도가 상승하게 되는 문제점이 발생한다.

반대로 상기 가변연통로(130b)의 직경이 2.0 mm을 초과하여 오일이 과도하게 배출되는 경우, 시스템의 오일순환률이 상승하게 되고, 증발기나 응축기에서 오일의 과도한 유입에 따른 오작동이 발생하게 되는 문제점이 발생한다.

도 4를 참조하면, 상기 실린더블록(130)의 일면에 단차부(132)를 형성하지 않은 경우에는 가변연통로(130b)를 통해 토출되는 오일의 양은, 구동샤프트(111)의 RPM이 증가함에 따라 점진적으로 증가하게 되나, 시스템을 순환하는 오일의 순환율(OCR;Oil circulation rate) 역시 높아지는 것을 확인할 수 있다. 오일의 순환율이 높을수록 열전달 효율이 저하되어 시스템 효율 역시 저하되는 문제점이 발생하며, 상기 실린더블록(130)의 일면에 단차부(132)를 형성함으로써 오일의 순환율(OCR;Oil circulation rate)을 낮출 수 있어 열전달 효율을 향상시켜 시스템 효율 역시 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 크랭크실(110a)과 흡입실(120a)을 연통하는 가변연통로(130b)를 실린더블록(130)에 형성시킴으로써 사판(113)의 회전속도가 증가함에 따라 외부로 토출되는 오일의 양이 점진적으로 증가하도록 할 수 있으며, 가변연통로(130b)를 실린더블록(130)의 일면에 형성된 단차부(132)에 형성하여 사판이 회전할 때 비산되는 오일이 단차부(132)의 벽면에 부딪쳐 단차가 없는 실린더블록(130)의 면으로 흘러내리는 오일의 양이 시스템 내부로 유출되는 양보다 많아 오일의 순환율이 낮아지도록 하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 용량 가변형 사판식 압축기 110 : 전방하우징
111 : 구동샤프트 111 : 러그플레이트
113 : 사판 120 : 후방하우징
130 : 실린더블록 132 : 단차부
140 : 피스톤

Claims (7)

1. 러그플레이트가 구비되는 구동샤프트와, 상기 구동샤프트와 결합하여 경사각이 변하도록 회전하는 사판이 수용되는 크랭크실이 내부에 형성된 전방하우징;
   상기 전방하우징과 이격되게 구비되며 냉매의 흡입실 및 토출실이 형성된 후방하우징;
   상기 전방하우징 및 후방하우징 사이에 구비되며, 복수개의 실린더보어가 내부에 형성된 실린더블록; 및
   상기 사판의 회전에 의해 상기 실린더보어 내에서 왕복 이동하는 피스톤을 포함하되,
   상기 구동샤프트의 내측에는 냉매 및 냉매보다 상대적으로 작은 양의 오일이 유동하도록 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하는 상시연통로가 형성되고,
   상기 실린더블록의 내측에는 냉매와 오일이 유동하며, 상기 크랭크실과 상기 흡입실을 연통하고 상기 상시연통로의 직경보다 작은 직경을 가지는 가변연통로가 형성되며,
   상기 실린더블록에는 상기 사판이 회전 시 비산되는 오일과 마찰하여 비산되는 오일을 상기 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하여 실린더블록의 일면으로 흘러내리도록 하는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가변연통로의 직경은 0.5 내지 2.0 mm인 용량 가변형 사판식 압축기.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더블럭의 내부에는 혼합실이 형성되며, 상기 상시연통로와 가변연통로를 흐르는 냉매와 오일은, 상기 혼합실에서 혼합된 후, 상기 흡입실로 흐르는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
   
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 러그플레이트와 사판 사이의 크랭크실과 상기 상시연통로를 연통하도록 제1연통홀이 상기 구동샤프트에 형성된 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 사판과 실린더블럭 사이의 크랭크실과 상기 상시연통로를 연통하도록 제2연통홀이 상기 구동샤프트에 형성된 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
   
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 단차부는 상기 혼합실의 둘레면 외측에 라운드지게 돌출된 형상으로 배치되고, 상기 단차부는 상기 실린더블록의 일면에서 6 내지 10㎜의 높이를 가지도록 내측으로 삽입되게 형성되는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 사판식 압축기.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 가변연통로는 상기 단차부에 형성되는 것을 특징으로 용량 가변형 사판식 압축기.
   

Images