KR20210020324A

KR20210020324A - 사판식 압축기

Info

Publication number: KR20210020324A
Application number: KR1020190099442A
Authority: KR
Inventors: 공성규; 안혜림; 안휴남; 남궁규; 손은기
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-02-24

Abstract

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 본 발명의 밸브 어셈블리는, 중앙측에 크랭크실의 냉매가 배출되는 오리피스홀이 형성된 밸브 플레이트와, 후방하우징측에 배치되는 토출 가스켓 및, 밸브 플레이트와 토출 가스켓 사이에 배치되는 토출 리드밸브를 포함하되, 압축기 미작동시 흡입실에서 크랭크실로 액냉매가 유입되어 오일 마이그레이션이 발생하는 것을 차단하도록, 토출 리드밸브와 토출 가스켓의 중앙측에서 오리피스홀에 대응되는 위치에, 크랭크실에서 흡입실로 일방향으로 개폐되는 개폐수단을 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 오일 마이그레이션(migration) 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

사판식 압축기{Swash plate type compressure}

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일 마이그레이션(migration) 현상을 방지할 수 있는 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 냉각시스템에서 냉매를 압축시키는 역할을 하는 압축기는 다양한 형태로 개발되어 왔으며, 이와 같은 압축기에는 냉매를 압축하는 구성이 왕복운동을 하면서 압축을 수행하는 왕복식과, 회전운동을 하면서 압축을 수행하는 회전식이 있다.

여기서, 왕복식 압축기에는 구동원의 구동력을, 크랭크를 사용하여 복수개의 피스톤으로 전달하는 크랭크식과, 사판이 설치된 회전축으로 전달하는 사판식, 및 워블 플레이트를 사용하는 워블 플레이트식이 있고, 회전식 압축기에는 회전하는 로터리축과 베인을 사용하는 베인로터리식, 및 선회 스크롤과 고정 스크롤을 사용하는 스크롤식이 있다.

사판식 압축기로는 사판의 설치각도가 고정된 고정 용량형 타입과, 사판의 경사각을 변화시켜 토출 용량을 변화시킬 수 있는 가변 용량형 타입이 있다.

한편, 차량에 장착되는 압축기(compressor)는 증발기(evaporator)와 응축기(condenser)와 연결되어 작동되는데, 구동 정지 중에는 도 1,2와 같은 현상이 일어난다.

우선 도 1은 낮시간 동안의 모드상태(day mode)를 나타낸다. 낮시간 동안에는 증발기에서의 온도 및 압력이 압축기에서의 온도 및 압력보다 상대적으로 높으므로, 증발기에서 압축기측으로 냉매가 이동한다.

또한 응축기에서의 온도 및 압력이 압축기에서의 온도 및 압력보다 상대적으로 높으므로, 응축기에서 오일과 혼합된 냉매가 압축기측으로 이동해야 하나, 이 경우에는 토출밸브(DCV;discharge valve)가 압축기에서 응축기 방향으로만 개폐되므로, 오일과 혼합된 냉매는 압축기측으로 역류하지 못한다.

다음 도 2는 밤시간 동안의 모드상태(night mode)를 나타낸다. 밤시간 동안에는 압축기에서의 온도 및 압력이 증발기와 응축기에서의 온도 및 압력보다 상대적으로 높으므로, 압축기에서 증발기와 응축기측으로 오일이 혼합된 냉매가 이동하게 된다.

그런데 전술한 바와 같은 현상으로 인해 도 3 내지 8에 게시된 것과 같은 문제가 발생한다.

우선 도 3 내지 도 6는 낮시간 모드(day mode)에서의 압축기의 내부 상태를 나타낸다.

도 3를 참고하면, 작동 정지 상태에서 낮시간 동안에는 증발기의 온도 및 압력이 높으므로, 증발기에서 흡입밸브(2)를 통해 압축기(1)의 흡입실(3) 내부로 냉매가 유입된다. 그리고 이는 액냉매 상태를 형성하며, 흡입실(3) 내부에 잔류하게 된다.

다음 도 4를 참고하면, 흡입실(3)은 밸브플레이트(4)에 형성된 오리피스홀(5)을 통해 사판이 배치된 크랭크실(6;도 3c 참조)과 연결되어 있어, 오리피스홀(5)의 높이까지 차오른 액냉매는 오리피스홀(5)을 통해 크랭크실(6)로 흐르게 된다. 크랭크실(6)에서 냉매는 오일과 혼합되게 된다.

다음 도 5를 참고하면, 크랭크실(6) 내부로 유입된 액냉매는 Pd-Pc 홀(7)까지 차오르게 된다.

그리고 도 6를 참고하면, Pd-Pc 홀(7)에서 전자제어밸브(8,ECV;electronic control valve)까지 액냉매가 전달되어 토출실(9)로 이동하게 된다.

다음 도 7는 밤시간 모드(night node)에서의 압축기(1)의 내부 상태를 나타낸다. 작동 정지시 밤시간 동안에는 도 2에서와 같이 압축기(1)의 온도 및 압력이 증발기와 응축기에 비해 상대적으로 높으므로, 압축기(1)에서 증발기와 응축기측으로 오일이 혼합된 냉매가 이동하게 된다.

특히 온도 및 압력차에 의해 압축기(1)에서 응축기측으로 오일이 혼합된 냉매가 이동할 때, 토출밸브(9a)는 압축기(1)에서 응축기 방향으로 개폐되므로 방해를 주지 않는다. 이에 따라 오일이 혼합된 냉매는 토출밸브(9a)를 통과하고 응축기로 유입된다.

여기서 응축기측으로 이동 이후, 응축기의 내부 유동경로가 길어 냉매에 혼합되어 이동해 온 오일이 축적되는 오일 트랩(oil trap) 문제가 발생하게 된다.

그리고 작동 정지시 발생되는 이러한 낮시간 모드와 밤시간 모드간의 반복에 의해 크랭크실(6)의 오일은 점차 감소하게 된다. 이는 작동시 크랭크실(6)의 내부가 윤활부족 또는 극단적으로 무윤활상태로 구동되어 샤판과 슈 사이의 윤활력 부족으로 압축기의 마모, 고착 문제를 야기할 수 있다.

이와 같은 오일 트랩 문제, 크랭크실 윤활부족 문제는 도 8를 참고하면, 밸브플레이트(4)의 오리피스홀(5)이 항상 개방상태로 있는 것에 기인한다. 즉 낮시간 모드에서 액냉매는 개방되어 있는 오리피스홀(5)을 통해 흡입실(3)에서 크랭크실(6)로 쉽게 이동할 수 있으므로, 액냉매에 오일이 혼합되게 되는 것이고, 이러한 오일이 혼합된 냉매가 밤시간 모드에서 토출밸브(a)를 통해 쉽게 응축기측으로 유입되기 때문에 오일 트랩 문제가 발생하는 것이다.

국내특허 등록번호:10-1915968

본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오일 마이그레이션(migration) 현상을 방지할 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 실린더 블록; 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실을 형성하는 전방하우징; 상기 실린더 블록의 후방에 결합되며 흡입실 및 토출실을 형성하는 후방하우징; 및 상기 실린더 블록과 상기 후방하우징 사이에 배치되는 밸브 어셈블리;를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리는, 오리피스홀이 형성된 밸브 플레이트; 상기 후방하우징측에 결합되는 토출 가스켓; 및 상기 밸브 플레이트와 상기 토출 가스켓 사이에 배치되는 토출 리드밸브;를 포함하되, 압축기 미작동시 상기 흡입실에서 상기 크랭크실로 액냉매가 유출입되어 오일 마이그레이션이 발생하는 것을 차단토록, 상기 토출 리드밸브와 상기 토출 가스켓의 중앙측에서 상기 오리피스홀에 대응되는 위치에는, 상기 크랭크실에서 상기 흡입실로 일방향으로 개폐되는 개폐수단;이 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 개폐수단은, 상기 토출 리드밸브상에서 상기 오리피스홀에 대응되는 위치에 배치되는 개폐리드; 및 상기 토출 가스켓상에서 상기 개폐리드에 대응되는 위치에 배치되는 토출부;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 개폐리드는, 일측은 상기 토출 리드밸브에 일체로 연결되는 고정부; 및 타측은 자유단으로 이동되는 가변부;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 토출부는, 상기 토출 가스켓상에서 상기 개폐리드의 고정부에 근접하여 형성되는 서브토출홀; 및 상기 토출 가스켓상에서 상기 개폐리드의 가변부에 근접하여 형성되는 메인토출홀;을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 고정부의 양측부로 냉매가 유동하며 상기 서브토출부로 토출되도록, 상기 서브토출부의 장축은 상기 고정부의 폭보다 크게 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 토출부의 중앙측에는 상기 서브토출홀에서 상기 메인토출홀 방향으로 경사진 경사부;가 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 토출부는, 상기 크랭크실에서 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유압에 의해 상기 가변부의 개방이 용이하도록, 상기 토출 가스켓상에서 상기 가변부에 대응되는 위치에 배치되는 서포트홀;을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 서포트홀은 상기 경사부상에서 상기 가변부에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 오리피스홀은, 상기 밸브 플레이트상에서 상기 실린더 블록측에 배치되는 제1 홀; 및 상기 밸브 플레이트상에서 상기 토출실 측에 배치되는 제2 홀;를 포함하되, 상기 제1 홀에서 상기 제2 홀로 냉매가 이동하면서 상기 개폐리드에 대한 가압면적이 확대되도록, 상기 제2 홀의 직경은 상기 제1 홀의 직경보다 크게 구성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 홀에서 배출되는 냉매의 유압이 상기 가변부 전체에 인가되도록, 상기 개폐리드의 가변부 둘레에는 방사방향으로 확장된 신장부;가 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 오리피스홀에서 토출되는 냉매의 흐름이 원활하도록, 상기 신장부는 상기 토출부 측으로 경사질 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 연결부에서 상기 토출부 방향으로 갈수록 점차 크기가 확장될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 연결부에서 상기 토출부 방향으로 갈수록 점차 단면적이 확대되게 테이퍼질 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 연결부에서 상기 토출부 방향으로 갈수록 점차 단면적이 확대되게 곡률질 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 개폐리드의 가변부 개방이 용이하도록, 상기 서브토출홀에 연결되고, 상기 서포트홀 방향으로 확장되며 배치되는 서브확장홀;을 더 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 상기 오피리스홀에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 상기 가변부의 둘레 방향으로 유도하도록, 상기 개폐리드의 가변부상에서 상기 오리피스홀을 바라보는 측에는 돌출된 유도돌기;가 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 밸브 플레이트상에 개폐수단이 배치됨에 따라 크랭크실에서 흡입실로 일방향으로 오리피스홀이 개방되도록 구성하여, 압축기 미작동간에 낮 시간 모드에서 발생되는 액냉매가 흡입실에서 크랭크실로 유입됨에 따라 오일 마이그레션(oil migration) 및 오일 트랩(oil trap)이 발생되는 문제를 원천적으로 차단할 수 있다.

또한 본 발명은 오리피스홀을 제1 홀과 그 보다 직경이 큰 제2 홀로 구성하여 냉매의 유압이 개폐수단의 개폐리드에 비교적 넓은 면적에 작용하도록 하였다.

그리고 개폐수단의 토출부상에는 경사부를 배치하여 개폐리드의 개방범위를 제한하고, 서포트홀을 배치하여 개폐리드에 냉매의 유압이 작용하여 개방될 때, 개폐리드의 후단에서 서포트홀을 통과하는 냉매의 유속증가에 따른 압력강하를 발생시켜 원활히 개방되도록 하였다.

이는 궁극적으로 크랭크실의 오일 마이그레이션 문제 발생을 차단함으로써, 크랭크실의 오일 부족으로 인한 손상, 마모 등을 완화할 수 있으며, 응축기로 오일이 함유된 냉매 토출을 차단하게 되어, 응축기에서의 오일 트랩 문제를 차단하게 된다.

도 1은 압축기의 작동 정지시 낮시간 모드에서의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 2는 압축기의 작동 정지시 밤시간 모드에서의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 3 내지 도 6은 낮시간 모드에서의 압축기 내부에서 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 7은 밤시간 모드에서의 압축기에서 응축기로의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 8은 종래 압축기에서 밸브플레이트상의 오리피스홀 구조를 나타낸 도면.
도 9는 사판식 압축기의 구조를 나타낸 측단면도.
도 10은 본 발명인 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 대한 분해도.
도 11은 본 발명인 사판식 압축기의 개폐수단 구조를 나타낸 도면.
도 12는 도 11에 게시된 개폐수단의 폐쇄된 상태에 대한 단면사시도.
도 13은 도 12에 게시된 개폐수단의 개방된 상태에 대한 단면사시도.
도 14은 본 발명인 사판식 압축기의 작동 정지시 개폐수단의 폐쇄상태를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명인 사판식 압축기의 작동시 개폐수단의 개방상태를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명에서 토출부의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에서 오리피스홀의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명에서 오리피스홀의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명에서 개폐리드의 다른 실시예를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 사판식 압축기의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.

우선 도 9를 참고하여 본 발명이 적용되는 사판식 압축기의 기본 형태에 대해 설명하도록 한다. 다만 본 발명이 반드시 이러한 구조에 한정되어 적용되는 것은 아니며, 사판식 압축기에 대한 설명은 본 발명을 이해하는 한도내에서만 유효하다.

도 9를 참고하면, 사판식 압축기(10)에는 외관과 골격의 일부를 형성하는 실린더 블럭(20)이 구비된다. 이때, 실린더 블럭(20)의 중앙을 관통하여 센터 보어(21)가 형성되며, 이 센터 보어(21)에는 샤프트(94)가 회전 가능하게 설치된다.

실린더 블럭(20), 전방하우징(30) 및 후방하우징(40)를 포함하여 케이싱(60)으로 지칭될 수 있다.

센터 보어(21)를 방사상으로 둘러싸도록 복수의 실린더 보어(22)가 실린더 블럭(20)을 관통하여 형성되며, 실린더 보어(22)의 내부에는 피스톤(70)이 직선 왕복 운동 가능하게 설치된다. 이때, 피스톤(70)은 원기둥 형상으로 형성되고, 실린더 보어(22)는 이에 대응되는 원통형의 공간이며, 피스톤(70)의 왕복 운동에 의해 실린더 보어(22) 내의 냉매가 압축된다. 실린더 보어(22)와 피스톤(70)은 압축실을 형성한다.

실린더 블럭(20)의 전방에 전방하우징(30)이 결합된다. 전방하우징(30)은 실린더 블럭(20)과의 대향면이 요입되어 실린더 블럭(20)과 함께 내부에 크랭크실(31)을 형성한다.

전방하우징(30)의 전방에는 엔진 등 외부 동력원(미도시)과 연결되는 풀리(32)가 회전 가능하게 설치되며, 풀리(32)의 회전에 연동하여 샤프트(94)이 회전하게 된다.

실린더 블럭(20)의 후방에는 후방하우징(40)이 결합된다. 이때, 후방하우징(40)에는 실린더 보어(22)와 선택적으로 연통되게, 후방하우징(40)의 외주 측 가장자리에 인접한 위치를 따라 토출실(41)이 형성된다.

그리고 흡입구(미도시)는 후방하우징(40)의 일측에 형성되고, 후방하우징(40)의 중앙측 부위에 배치되는 흡입실(42)과 연결된다. 다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 압축기의 종류에 따라 다른 위치도 가능하다.

이때, 실린더 블럭(20)과 후방하우징(40) 사이에는 밸브플레이트(100)가 개재되며, 토출실(41)은 밸브플레이트(100)에 형성되는 토출구를 통해 실린더 보어(22)와 연통된다.

또한, 샤프트(94)에는 로터(93)가 외주면에 배치되고, 로터(93)는 링크(95)에 의해 사판(91)과 연동되며, 사판(91)의 테두리를 따라 구비되는 슈(62)에 의해 각각의 피스톤(70)과 연결되고, 사판(91)의 회전에 의해 피스톤(70)은 실린더 보어(22) 내에서 직선 왕복 운동하게 된다.

이때, 압축기(10)의 냉매 토출량이 조절될 수 있도록, 샤프트(94)에 대한 사판(91)의 각도가 가변될 수 있게 설치되는데 이를 위해, 토출실(41)과 크랭크실(31)을 연통하는 유로의 개도가 압력조절밸브(미도시)에 의해 조절된다.

상기와 같은 구성의 종래 사판식 압축기는 실린더 블록(20)에 형성된 다수의 실린더 보어(22)가 샤프트(94)을 중심으로 방사상으로 이격되게 배치되는 이른 바 방사 대칭의 구조를 이루고 있다.

상기와 같은 구조를 통해 사판(91)이 회전하게 되면, 복수의 피스톤(70)이 운동을 하게 되어 유체를 압축하고, 유압에 의해 밸브도어가 개방되면서 밸브플레이트(100)의 토출구를 통해 토출실(41)로 압축된 유체를 밀어 내게 된다.

도 10은 본 발명인 사판식 압축기의 밸브어셈블리에 대한 분해도이고, 도 11은 본 발명인 사판식 압축기의 개폐수단 구조를 나타낸 도면이며, 도 12는 도 11에 게시된 개폐수단의 폐쇄된 상태에 대한 단면사시도이고, 도 13은 도 12에 게시된 개폐수단의 개방된 상태에 대한 단면사시도이며, 도 14은 본 발명인 사판식 압축기의 작동 정지시 개폐수단의 폐쇄상태를 나타낸 도면이고, 도 15는 본 발명인 사판식 압축기의 작동시 개폐수단의 개방상태를 나타낸 도면이다.

도 9 내지 도 13을 참고하면, 본 발명인 사판식 압축기는 실린더 블록(20), 전방하우징(30), 후방하우징(40), 밸브 어셈블리(100) 및 개폐수단(200)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 전방하우징(30)은 상기 실린더 블록(20)의 전방에 결합되며, 크랭크실(31)을 형성할 수 있다. 상기 후방하우징(40)은 상기 실린더 블록(20)의 후방에 결합되며, 흡입실(42) 및 토출실(41)을 형성할 수 있다.

상기 실린더 블록(20), 전방하우징(30) 및 후방하우징(40)과 그 내부에 배치되는 압축기 부품들에 대한 기본 설명은 전술한 바와 같다.

다음 상기 밸브 어셈블리(100)는 상기 실린더 블록(20)과 상기 후방하우징(40) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 밸브 어셈블리(100)는 흡입 가스켓(110), 흡입 리드밸브(120), 밸브 플레이트(130), 토출 리드밸브(160) 및 토출 가스켓(150)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 흡입 가스켓(110)은 상기 실린더 블록(20)측에 결합된다. 상기 실린더 블록(20)상에는 방사방향을 따라 복수개의 실린더 보어(22)가 형성되어 있으며, 상기 흡입 가스켓(110)상에는 실린더 보어(22)에 대응되는 위치에 방사방향을 따라 복수개의 관통홀(111)이 형성되어 있다.

다음 상기 흡입 리드밸브(120)는 상기 흡입 가스켓(110)측에 결합된다. 상기 흡입 리드밸브(120)상에는 상기 흡입 가스켓(110)의 관통홀(111)에 대응되는 위치에 방사방향을 따라 복수개의 흡입 리드(121)가 형성되어 있다. 흡입 리드(121)는 흡입실(42)에서 실린더 보어(22)의 내부로 유입되는 냉매의 유입속도와 유입량을 조절한다. 또한 상기 흡입 리드(121)상에는 실린더 보어(22)의 내부에서 배출되는 냉마가 유동할 수 있는 관통홀(122)가 형성되어 있다.

그리고 상기 토출 가스켓(150)은 상기 후방하우징(40)측에 결합된다. 상기 토출 가스켓(150)상에는 방사방향을 따라 복수개의 리테이너(161)가 배치되어 있다. 상기 리테이너(161)는 내측에서 외측 방향으로 경사지게 배치되어 있고, 상기 실린더 보어(22)에서 압축행정으로 배출되는 냉매를 토출실(41)로 유도하는 기능을 한다. 또한 상기 토출 가스켓(150)상에는 흡입실(42)에서 실린더 보어(22)의 내부로 유입되는 냉매가 유동할 수 있는 관통홀(162)가 형성되어 있다.

다음 상기 토출 리드밸브(160)는 상기 토출 가스켓(150)측에 결합된다. 상기 토출 리드밸브(160)상에는 상기 토출 가스켓(150)의 리테이너(161)에 대응되는 위치에 방사방향을 따라 복수개의 토출 리드(151)가 형성되어 있다. 상기 토출 리드(151)는 실린더 보어(22)의 내부에서 압축행정으로 배출되는 냉매의 토출속도와 토출량을 조절한다. 또한 상기 토출 리드밸브(160)상에는 흡입실(42)에서 실린더 보어(22)의 내부로 유입되는 냉매가 유동할 수 있는 관통홀(162)가 형성되어 있다.

그리고 상기 밸브 플레이트(130)는 상기 흡입 리드밸브(120)와 상기 토출 리드밸브(160) 사이에 배치될 수 있다. 상기 흡입 리드(121)에 대응되는 위치에는 방사방향을 따라 복수개의 흡입홀(132)이 형성되어 있으며, 상기 토출 리드(151)에 대응되는 위치에는 방사방향을 따라 복수개의 토출홀(131)이 형성되어 있다. 또한 상기 밸브 플레이트(130)의 중앙측에는 크랭크실(31)의 냉매가 유출입되는 오리피스홀(140)이 형성될 수 있다.

다음 도 11 및 도 12를 참고하면, 상기 개폐수단(200)은, 압축기 미작동시 상기 흡입실(42)에서 상기 크랭크실(31)로 액냉매가 유출입되어 오일 마이그레이션(oil migration)이 발생하는 것을 차단토록, 상기 토출 리드밸브(160)와 상기 토출 가스켓(150)의 중앙측에서 상기 오리피스홀(140)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 상기 개폐수단(200)은 상기 크랭크실(31)에서 상기 흡입실(42)로 일방향으로 개폐되도록 구성된다.

도 1 내지 도 5와 관련된 배경기술에서 전술한 바와 같이, 압축기 미작동시 낮 시간에서는 증발기에서 압축기의 흡입실(3)로 기체상태의 냉매가 유입되고, 이는 온도 및 압력 하강으로 인해 액냉매가 된다. 흡입실(3)에 축적되는 액냉매가 오리피스홀(5)의 높이까지 차면 크랭크실(31)로 유입되고, 크랭크실(31)에서 오일과 혼합되게 된다. 이후 다시 크랭크실(31)에서 토출실(9)로 오일이 함유된 액냉매가 배출된다. 이렇게 오일이 냉매에 함유되어 크랭크실(31) 밖으로 이동되는 현상을 오일 마이그레이션(oil migration) 현상이라고 한다.

이러한 상태에서 밤 시간 모드에서는 압축기에서 증발기 및 응축기로 오일이 함유된 액냉매가 배출되게 된다. 특히 토출실(9)의 토출 밸브(9a)를 통해 응축기측으로 배출되는 오일이 함유된 냉매는 응축기의 내부에서 오일 트랩(oil trap) 문제를 발생시키게 된다(자세한 내용은 배경기술 참조).

상기 개폐수단(200)은 종래 오일 마이그레이션 문제를 해결하기 위해 본 발명에서 제안된다. 이를 위해 상기 개폐수단(200)은 개폐리드(210) 및 토출부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 개폐리드(210)는 상기 토출 리드밸브(160)에서 상기 오리피스홀(140)에 대응되는 위치에 배치된다. 그리고 상기 개폐리드(210)의 일측은 상기 토출 리드밸브(160)에 일체로 연결되는 고정부(211)로 형성되고, 타측은 자유단으로 이동되는 가변부(212)로 형성될 수 있다.

즉 상기 개폐리드(210)는 고정부(211)는 상기 토출 리브밸브상에 일체로 연결되어 고정된 상태에서, 상기 오리피스홀(140)을 통해 크랭크실(31)에서 흡입실(42)로 냉매가 배출될 때, 냉매의 유압에 의해 가변부(212)만이 흡입실(42) 방향으로 이동하며 상기 오리피스홀(140)을 개폐하게 된다.

여기서 도 12 및 도 13를 참고하면, 본 발명의 상기 오리피스홀(140)은 제1 홀(141) 및 제2 홀(143)로 구성될 수 있다. 상기 제1 홀(141)은 상기 밸브 플레이트(130)상에서 상기 실린더 블록(20) 측에 배치되고, 상기 제2 홀(143)은 상기 밸브 플레이트(130)상에서 상기 토출실 측에 배치될 수 있다.

이때 상기 제1 홀(141)에서 상기 제2 홀(143)로 냉매가 이동하면서 상기 개폐리드(210)에 대한 냉매에 의한 가압면적이 확대되도록, 상기 제2 홀(143)의 직경(D2)는 상기 제1 홀(141)의 직경(D1)보다 크게 구성될 수 있다.

그리고 상기 개폐리드(210)의 가변부(212) 둘레에는, 상기 제2 홀(143)에서 배출되는 냉매의 유압이 상기 가변부(212) 전체에 인가되도록, 방사방향으로 확장된 신장부(213)가 형성될 수 있다.

이때 냉매의 흐름이 없는 경우, 상기 개폐리드(210)는 상기 오리피스홀(140)에 접촉된 상태로 배치되어 있다. 이에 따라 상기 흡입실(42) 방향에서 상기 오리피스홀(140) 방향으로는 냉매가 흐를 수가 없다. 상기 개폐리드(210)가 상기 오리피스홀(140)에 접촉된 상태로 있으므로, 개방될 수 없기 때문이다.

반대로 도 13를 참고하면, 압축기 작동시 크랭크실(31)에서 흡입실(42) 방향으로 냉매가 흐를 때는 상기 오리피스홀(140)로 유입되는 냉매의 유압에 의해 상기 개폐리드(210)의 가변부(212)가 상기 흡입실(42) 방향으로 가압되어 이동하게 되므로, 일방향 개방이 일어나게 된다. 이에 따라 냉매는 크랭크실(31)에서 흡입실(42) 방향으로만 흐를 수 있게 된다.

상기 개폐리드(210)가 개방되면, 냉매는 도면상의 화살표 흐름과 같이 오리피스홀(140)을 통과한 후, 메인토출홀(233)과 서브토출홀(231)로 분산되어 흐르게 된다.

전술된 구조에 따라 낮 시간 모드에서 증발기에서 압축기로 유입되고 온도의 압력의 저하에 따라 액화된 액냉매는, 상기 개폐리드(210)가 일방향으로만 개방되므로, 상기 오리피스홀(140)을 통해 크랭크실(31)로 유입될 수 없게 된다.

이에 따라 종래 오리피스홀(140)을 통해 흡입실(42)에서 크랭크실(31)로 액냉매가 유입되고, 오일과 혼합되어 다시 토출실(42)의 토출밸브를 통해 응축기로 냉매가 흐름에 따라 발생되는 오일 마이그레이션 및 오일 트랩 문제는 해결되게 된다.

한편, 도 17 및 도 18를 참고하면, 본 발명인 오리피스홀(140)의 다른 실시예가 게시되어 있다. 다른 실시예에서 제2 홀(143)은 제1 홀(141)의 연결부에서 토출부(230) 방향으로 갈수록 점차 크기가 확장되는 구조로 이뤄질 수 있다.

우선 도 17를 참고하면, 제2 홀(143)은 제1 홀(141)의 연결부에서 토출부(230) 방향으로 갈수록 점차 단면적이 확대되게 테이퍼지게 구성될 수 있다. 또는 도 18를 참고하면, 제2 홀(143)은 제1 홀(141)의 연결부에서 토출부(230) 방향으로 갈수록 점차 단면적이 확대되게 곡률지게 구성될 수 있다.

이러한 단면적 확대 구조를 통해 제1 홀(141)에서 제2 홀(143)으로 냉매가 진입하면, 제2 홀(143)에서의 유동 범위 확장에 따라 개폐리드(210)의 가변부(212)에 보다 넓은 범위에서 냉매의 유압이 가중되므로, 역시 개폐리드(210)의 개방이 보다 수월하게 된다.

또한 도 19에는 상기 개폐리드(210)의 다른 실시예가 게시되어 있다. 도 19를 참고하면, 상기 개폐리드(210)의 가변부(212) 개방이 수월하도록, 가변부(212)상에는 오리피스홀(140)을 바라보는 방향으로 돌출된 유도돌기(216)가 배치될 수 있다.

상기 유도돌기(216)는 오리피스홀(140)에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 가변부(212)의 둘레 방향으로 유도하게 된다. 냉매는 곡률지거나 또는 경사진 유도돌기(216)의 표면을 따라 가변부(212)의 둘레방향으로 흐름이 유도되게 되고, 신장부(213)를 가압하여 개폐리드(212)의 개방 및 개방 후 냉매의 자연스러운 메인토출홀(233) 및 서보토출홀(231) 방향으로의 흐름이 진행되게 된다.

여기서 신장부(213)에서 냉매가 원활이 빠져나갈 수 있도록, 즉 오리피스홀(140)에서 토출되는 냉매의 흐름이 부드럽게 진행될 수 있도록 하기 위해, 신장부(213)는 토출부(230) 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 신장부(213)로 진행하는 냉매는 경사진 신장부(213)를 따라 메인토출홀(233) 및 서브토출홀(231) 방향으로 보다 원활하게 유동할 수 있다.

다음 상기 토출부(230)는 상기 토출 가스켓(150)에서 상기 개폐리드(210)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 토출부(230)는 상기 개폐리드(210)의 후단에 배치되어 상기 개폐리드의 개폐범위를 제한한다. 크랭크실(31)의 압력이 흡입실(42)의 압력보다 높기 때문에, 냉매의 유압에 의해 과도하게 상기 개폐리드가 개방될 수 있고, 이 경우 파손이나 변형의 우려가 있다.

이에 따라 상기 토출부(230)가 상기 개폐리드(210)의 후단에 배치되어, 냉매의 유압이 과도하게 인가되더라도 상기 개폐리드(210)의 최대 개폐범위를 제한하는 것이다.

이러한 상기 토출부(230)는 서브토출홀(231), 메인토출홀(233), 서포트홀(235) 및 경사부(237)를 포함하여 구성될 수 있다.

우선 상기 서브토출홀(231)은 상기 토출 가스켓(150)상에서 상기 개폐리드(210)의 고정부(211)에 근접하여 형성될 수 있으며, 상기 메인토출홀(233)은 상기 토출 가스켓(150)상에서 상기 개폐리드(210)의 가변부(212)에 근접하여 형성될 수 있다. 상기 서브토출홀(231)은 개폐리드(212) 개방시 토출부(230)를 통해 빠져나가는 냉매의 유량을 충분히 확보하기 위함이다. 즉 서브토출홀(231)을 형성하여 냉매의 흐름을 원활하게 하여 개폐리드(212)의 개방을 용이하게 할 수 있다.

도 11를 참고하면, 본 발명에서는 상기 서브토출홀(231)의 장축(Y)은 상기 고정부(211)의 폭(X)보다 크기 형성될 수 있다. 오리피스홀(140)이 개방되고 냉매가 유입되면, 냉매는 고정부(211)의 양측부를 따라 흐르게 되고, 이때 서브토출홀(231)의 장축(Y)을 고정부(211)의 폭(X)보다 크게 구성함으로써, 고정부(211)의 양측부를 따라 흐르는 냉매의 토출은 토출공간이 충분히 확보되어 보다 원활하게 된다.

상기 오리피스홀(140)에서 배출되는 유압에 의해 개폐리드(210)의 가변부(212)가 개방되면 냉매는 토출부(230) 방향으로 흐르게 되고, 냉매의 주흐름은 상기 개폐리드(210)의 가변부(212)에 근접하여 배치된 상기 메인토출홀(233)로 흐르며, 냉매의 일부는 상기 개폐리드(210)의 고정부(211)에 근접하여 배치된 상기 서브토출홀(231)로 흐르면서, 상기 흡입실(42) 방향으로 유입되게 된다.

다음 상기 경사부(237)는 상기 토출부(230)의 중앙측에 배치되고, 상기 서브토출홀(231)에서 상기 메인토출홀(233) 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 도 12 및 도 13를 참고하면, 상기 경사부(237)에서 상기 서브토출홀(231)에 근접한 측은 상기 개폐리드(210)의 고정부(211)에 접촉 배치된다. 그리고 상기 경사부(237)에서 상기 메인토출홀(233)에 근접한 측은 상기 개폐리드(210)의 가변부(212)와 소정간격으로 이격되어 배치된다. 이러한 경사부(237)의 구성은 상기 개폐리드(210)의 개방공간을 확보하기 위함이다.

여기서 상기 서포트홀(235)은 상기 크랭크실(31)에서 상기 크랭크실(31)에서 상기 흡입실(42)로 흐르는 냉매의 유압에 의해 상기 가변부(212)의 개방이 용이하도록, 상기 토출 가스켓(150)상에서 상기 가변부(212)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 개폐리드(210)의 후단에는 상기 서포트홀(235)이 배치되고, 방금 전에 개폐리드(210)를 통과한 냉매가 서포트홀(235)을 통해 흡입실(42) 방향으로 이동할 때, 서포트홀(235)을 빠져나가는 냉매의 속도는 증가하게 된다. 이에 따라 상기 개폐리드(210)의 후단에 압력강하가 발생한다. 이는 상기 개폐리드(210)의 개방을 보다 용이하게 한다.

자세하게는 상기 서포트홀(235)은 상기 경사부(237)상에서 상기 가변부(212)에 대응되는 위치에 배치될 수 있다.

상기 제2 홀(143)을 통해 배출되는 냉매의 유압이 상기 개폐리드(210)의 가변부(212) 전단면에 작용할 때, 상기 가변부(212)의 후단면은 상기 서포트홀(235)에 의해 개방된 상태이므로, 상기 가변부(212)는 큰 저항없이 상기 토출부(230) 방향으로 개방될 수 있다. 즉 상기 서포트홀(235)은 상기 가변부(212)의 개방을 용이하게 하기 위해 배치될 수 있다.

즉 상기 경사부(237)가 형성되어 있어 상기 가변부(212)의 개방이 가능하게 되고, 상기 서포트홀(235)이 배치되어 있어, 상기 가변부(212)의 개방이 보다 용이하게 된다.

한편 도 16를 참고하면, 상기 토출부(230)의 다른 실시예가 게시되어 있다. 상기 토출부(230)의 다른 실시예에서는 상기 서브토출홀(231)과 연결되어 일체로 개방된 서브확장홀(238)이 형성될 수 있다.

상기 서브확장홀(238)은 상기 경사부(237)상에 형성되고 상기 서포트홀(235) 방향으로 확장된 홀 형태일 수 있으며, 이는 상기 개폐리드(210)의 길이방향을 따라 형성된 것일 수 있다.

이러한 배치를 통해 상기 서브확장홀(238)은 상기 서브토출홀(231) 방향으로 흐르는 냉매의 토출영역을 보다 확보해 주므로, 냉매의 흐름을 보다 원활하게 해주는 효과가 있다. 즉 서브확장홀(238)은 서브토출홀(231)과 함께 토출부(230)를 통해 빠져나가는 냉매의 유량이 충분히 확보되도록 하여 개폐리드(210)의 개방을 돕는 것이다.

또한 상기 개폐리드(210)의 길이방향을 따라 배치되므로, 상기 개폐리드(210)의 후측에서의 냉매 유압을 감소시키므로 상기 서프토홀(235)의 기능과 같이 상기 개폐리드(210)의 개방 저항을 낮춰 주는 효과가 있다.

다음 도 14 및 도 15를 참고하여 본 발명의 개폐수단(200)의 작동방식을 살펴보도록 한다.

도 14를 참고하면, 압축기 미작동시에는 상기 개폐리드(210)는 상기 오리피스홀(140)에 밀착된 상태로 유지된다.

이에 따라 낮 시간 모드에서 흡입실(42)에서 크랭크실(31)로 냉매가 유입될 수 없다. 물론 크랭크실(31)에 잔류하는 냉매도 흡입실(42) 방향으로 이동할 수 없다. 압축기 미작동시에는 크랭크실(31)과 흡입실(42)간의 압력차가 발생하지 않으므로, 냉매의 유압도 발생하지 않는다.

즉 크랭크실(31)과 흡입실(42)간에 냉매의 교류가 발생하지 않으므로, 액냉매가 크랭크실(31)의 오일과 혼합되는 일은 발생하지 않으며, 이에 따라 오일 마이그레이션 및 오일 트랩 문제는 차단되게 된다.

다음 도 15를 참고하면, 압축기 작동시에는 크랭크실(31)의 압력이 흡입실(42)의 압력보다 높으므로 크랭크실(31)의 냉매는 오리피스홀(140)를 통해 흡입실(42) 방향으로 이동하게 된다. 이에 따라 냉매의 유압이 개폐리드(210)에 작용하게 된다.

본 발명의 오리피스홀(140)은 제1 홀(141)과 제2 홀(143)로 구성되어 있으며, 제1 홀(141)의 직경(D1)보다는 제2 홀(143)의 직경(D2)이 더 크므로, 냉매는 제1 홀(141)에서 제2 홀(143)로 이동함에 따라 토출 리드밸브(160)상에 배치된 개폐리드(210)의 전단면을 보다 넓은 면적에서 유압을 인가하게 된다.

전술한 바와 같이, 토출 가스켓(150)상에 배치된 토출부(230)는 경사부(237)가 형성되어 있으므로, 냉매의 유압을 받은 개폐리드(210)의 가변부(212)는 토출부(230) 방향으로 개방되고, 냉매는 오리피스홀(140)을 통과한 후, 서브토출홀(231)과 메인토출홀(233) 방향으로 분산되며 흐르게 된다.

이때 상기 경사부(237)에는 서포트홀(235)이 형성되어 있어, 상기 가변부(212)의 전단면이 냉매의 유압을 받을 때, 상기 가변부(212)의 후단면은 먼저 개폐리드(210)를 통과한 냉매가 서포트홀(235)를 통과함에 따라 개폐리드(210)의 후단에 압력강하가 발생하게 되므로, 개폐리드(210)의 개방은 보다 용이하게 된다.

이상의 사항은 사판식 압축기의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.

따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.

20:실린더 블록 31:크랭크실
30:전방하우징 40:후방하우징
100:밸브 어셈블리 110:흡입 가스켓
120:흡입 리드밸브 130:밸브 플레이트
140:오리피스홀 141:제1 홀
143:제2 홀 150:토출 가스켓
160:토출 리드밸브
200:개폐수단 210:개폐리드
211:고정부 212:가변부
213:신장부 216:유도돌기
230:토출부 231:서브토출홀
233:메인토출홀 235:서포트홀
237:경사부 238:서브확장홀

Claims

실린더 블록;
상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실을 형성하는 전방하우징;
상기 실린더 블록의 후방에 결합되며 흡입실 및 토출실을 형성하는 후방하우징; 및
상기 실린더 블록과 상기 후방하우징 사이에 배치되는 밸브 어셈블리;를 포함하되,
상기 밸브 어셈블리는,
오리피스홀이 형성된 밸브 플레이트;
상기 후방하우징측에 결합되는 토출 가스켓; 및
상기 밸브 플레이트와 상기 토출 가스켓 사이에 배치되는 토출 리드밸브;를 포함하되,
압축기 미작동시 상기 흡입실에서 상기 크랭크실로 액냉매가 유출입되어 오일 마이그레이션이 발생하는 것을 차단토록, 상기 토출 리드밸브와 상기 토출 가스켓의 중앙측에서 상기 오리피스홀에 대응되는 위치에는, 상기 크랭크실에서 상기 흡입실로 일방향으로 개폐되는 개폐수단;이 배치되는 사판식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 개폐수단은,
상기 토출 리드밸브상에서 상기 오리피스홀에 대응되는 위치에 배치되는 개폐리드; 및
상기 토출 가스켓상에서 상기 개폐리드에 대응되는 위치에 배치되는 토출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제2항에 있어서,
상기 개폐리드는,
일측은 상기 토출 리드밸브에 일체로 연결되는 고정부; 및
타측은 자유단으로 이동되는 가변부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제3항에 있어서,
상기 토출부는,
상기 토출 가스켓상에서 상기 개폐리드의 고정부에 근접하여 형성되는 서브토출홀; 및
상기 토출 가스켓상에서 상기 개폐리드의 가변부에 근접하여 형성되는 메인토출홀;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제4항에 있어서,
상기 고정부의 양측부로 냉매가 유동하며 상기 서브토출부로 토출되도록, 상기 서브토출부의 장축은 상기 고정부의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제4항에 있어서,
상기 토출부의 중앙측에는 상기 서브토출홀에서 상기 메인토출홀 방향으로 경사진 경사부;가 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제4항에 있어서,
상기 토출부는, 상기 크랭크실에서 상기 흡입실로 흐르는 냉매의 유압에 의해 상기 가변부의 개방이 용이하도록, 상기 토출 가스켓상에서 상기 가변부에 대응되는 위치에 배치되는 서포트홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제7항에 있어서,
상기 서포트홀은 상기 경사부상에서 상기 가변부에 대응되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제2항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오리피스홀은,
상기 밸브 플레이트상에서 상기 실린더 블록측에 배치되는 제1 홀; 및
상기 밸브 플레이트상에서 상기 토출실 측에 배치되는 제2 홀;를 포함하되,
상기 제1 홀에서 상기 제2 홀로 냉매가 이동하면서 상기 개폐리드에 대한 가압면적이 확대되도록, 상기 제2 홀의 직경은 상기 제1 홀의 직경보다 크게 구성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제9항에 있어서,
상기 제2 홀에서 배출되는 냉매의 유압이 상기 가변부 전체에 인가되도록, 상기 개폐리드의 가변부 둘레에는 방사방향으로 확장된 신장부;가 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제10항에 있어서,
상기 오리피스홀에서 토출되는 냉매의 흐름이 원활하도록, 상기 신장부는 상기 토출부 측으로 경사진 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제9항에 있어서,
상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 연결부에서 상기 토출부 방향으로 갈수록 점차 크기가 확장되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제12항에 있어서,
상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 연결부에서 상기 토출부 방향으로 갈수록 점차 단면적이 확대되게 테이퍼진 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제12항에 있어서,
상기 제2 홀은 상기 제1 홀의 연결부에서 상기 토출부 방향으로 갈수록 점차 단면적이 확대되게 곡률진 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제4항에 있어서,
상기 개폐리드의 가변부 개방이 용이하도록, 상기 서브토출홀에 연결되고, 상기 서포트홀 방향으로 확장되며 배치되는 서브확장홀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제3항에 있어서,
상기 오피리스홀에서 토출되는 냉매의 흐름방향을 상기 가변부의 둘레 방향으로 유도하도록, 상기 개폐리드의 가변부상에서 상기 오리피스홀을 바라보는 측에는 돌출된 유도돌기;가 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.