KR20210080682A - 사판식 압축기 - Google Patents

사판식 압축기 Download PDF

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KR20210080682A
KR20210080682A KR1020190171842A KR20190171842A KR20210080682A KR 20210080682 A KR20210080682 A KR 20210080682A KR 1020190171842 A KR1020190171842 A KR 1020190171842A KR 20190171842 A KR20190171842 A KR 20190171842A KR 20210080682 A KR20210080682 A KR 20210080682A
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이태진
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두원중공업(주)
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Abstract

본 발명은, 러그플레이트와, 상기 러그플레이트에 결합된 사판과, 상기 러그플레이트와 사판이 결합되는 회전축이 내부에 형성된 사판실에 수용되는 프런트 하우징; 상기 프런트 하우징의 후방에 설치되며, 냉매가 흡입 및 토출되는 흡입실과 토출실이 형성된 리어 하우징; 상기 프런트하우징과 리어하우징의 사이에 개재되며, 상기 흡입실과 연통되는 실린더캐비티가 형성되며, 일 측이 상기 사판실과 연통되고 타 측이 상기 토출실과 연통되는 블록유로가 형성되고, 상기 실린더캐비티와 상기 블록유로 사이에 연통유로가 형성된 실린더블록; 및 상기 블록유로에 설치되며, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 유입되는 냉매에 의해 선택적으로 가압되는 밸브구조물을 포함하는 사판식 압축기를 제공한다.

Description

사판식 압축기{Swash-type compressor}
본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 회전축에 대하여 경사가 조절되는 사판의 회전을 통해 냉매를 흡입 및 토출시키는 사판식 압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기란 외부의 동력을 공급받아 유체를 압축하는 장치를 의미하며, 공조 장치 또는 냉각 장치 등에서 많이 사용된다. 이 중, 자동차용 공조장치를 구성하는 압축기는, 전자클러치의 단속 작용에 의하여 동력원(예를 들면, 엔진)으로부터 동력을 선택적으로 전달받아 구동된다. 그리고 이러한 자동차용 압축기는, 증발기로부터 냉매가스를 내부로 흡입하여 압축한 후, 응축기 측으로 토출시킨다.
자동차용 공조장치의 압축기로 많이 사용되고 있는 일반적인 사판식 압축기는, 구동축에 대하여 경사가 조절되는 사판의 회전을 통해 냉매를 흡입 및 토출시키는 압축기를 의미한다. 사판식 압축기는, 엔진의 동력을 전달받는 회전축에, 일정한 경사각을 가진 디스크 형상의 사판이 설치되어 구동축에 의해 회전하는 구조로 설계된다. 그리고 이러한 사판식 압축기는, 사판의 회전에 의하여, 사판의 둘레를 따라 배치된 슈(Shoe)를 통해 연결된 복수의 피스톤들이, 실린더블록에 형성된 다수의 실린더보어 내부에서 직선으로 왕복 운동을 함으로써, 냉매가스를 흡입한 후 압축하여 배출하게 된다.
이러한 사판식 압축기에 있어서, 사판의 경사각을 조절하는 것은 매우 중요하다고 할 수 있다. 사판의 경사각이 조절됨에 따라, 피스톤의 왕복 경로의 길이는 달라지고, 그에 따라 냉매의 압축되는 정도가 달라지기 때문이다. 통상 이러한 사판의 경사각 조절은, 밸브구조물을 이용하여 사판실로부터 흡입실로 바이패스되는 냉매의 양을 조절함으로써 구현된다.
한편, 종래의 사판식 압축기는, 밸브구조물이 토출실로부터 사판실로 공급되는 냉매의 흐름과는 독립적으로 사판실로부터 흡입실로 바이패스되는 냉매의 양을 조절한다는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 한계를 극복하기 위해 창출된 것으로서, 토출실로부터 사판실로 공급되는 냉매의 흐름에 따라, 사판실로부터 흡입실로 바이패스되는 냉매의 양을 선택적으로 조절할 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은, 러그플레이트와, 상기 러그플레이트에 결합된 사판과, 상기 러그플레이트와 사판이 결합되는 회전축이 내부에 형성된 사판실에 수용되는 프런트 하우징; 상기 프런트 하우징의 후방에 설치되며, 냉매가 흡입 및 토출되는 흡입실과 토출실이 형성된 리어 하우징; 상기 프런트하우징과 리어하우징의 사이에 개재되며, 상기 흡입실과 연통되는 실린더캐비티가 형성되며, 일 측이 상기 사판실과 연통되고 타 측이 상기 토출실과 연통되는 블록유로가 형성되고, 상기 실린더캐비티와 상기 블록유로 사이에 연통유로가 형성된 실린더블록; 및 상기 블록유로에 설치되며, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 유입되는 냉매에 의해 선택적으로 가압되는 밸브구조물을 포함하는 사판식 압축기를 제공한다.
상기 밸브구조물은, 제1밸브부와, 상기 제1밸브부의 후방에 배치되며, 전후로 슬라이딩 가능하게 설치되는 제2밸브부와, 상기 제1밸브부와 제2밸브부의 사이에 배치되는 가압부를 포함한다.
상기 블록유로는, 내벽에 제1단턱이 형성되며, 상기 제1밸브부는, 상기 제1단턱에 안착된다.
상기 제1밸브부는, 중공의 제1밸브본체와, 상기 제1밸브본체로부터 후방으로 돌출되는 중공의 제1밸브돌기를 포함하며, 상기 가압부는, 일단이 상기 제1밸브돌기를 감싸도록 배치된다.
상기 블록유로는, 내벽에 제2단턱이 형성되며, 상기 제2밸브부는, 상기 제2단턱에 선택적으로 안착되는 중공의 제2밸브본체와, 상기 제2밸브본체로부터 전방으로 돌출되는 중공의 제2밸브돌기를 포함하고, 상기 가압부는, 타단이 상기 제2밸브돌기를 감싸도록 배치된다.
최대각 모드에서, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 공급되는 냉매의 유동경로는 차단되며, 상기 제2밸브부는 상기 블록유로의 후방 측 내벽에 안착되어 상기 연통유로를 개방시키고, 상기 사판실의 냉매는 상기 제1밸브부를 통과하여 상기 연통유로를 통해 상기 실린더캐비티로 유입된다.
가변각 모드에서, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 냉매가 공급되며, 상기 제2밸브본체는 전방으로 가압되어 상기 제2단턱에 안착되고, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 공급된 냉매는 상기 제2밸브부 및 제1밸브부를 통과하여 상기 사판실로 유입된다.
상기 제1단턱은, 상기 제2단턱보다 내경이 더 작다.
상기 연통유로는, 상기 제2단턱보다 후방에 배치된다.
본 발명에 따른 사판식 압축기에 의하면, 실린더블록에 실린더캐비티, 사판실 및 토출실과 각각 연통되는 블록유로 및 실린더캐비티와 블록유로를 연통하는 연통유로가 형성되며, 이러한 블록유로에는 제1밸브부, 제2밸브부 및 가압부를 포함하는 밸브구조물이 설치됨으로써, 토출실로부터 블록유로로 유입되는 냉매에 의해 제2밸브부가 선택적으로 전방으로 가압되도록 하여, 연통유로를 선택적으로 개폐하거나 연통유로를 통해 유동하는 냉매의 양을 조절할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 사판식 압축기에 의하면, 사판실로부터 흡입실로 바이패스되는 냉매의 양을 선택적으로 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 사판식 압축기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 본 발명의 최대각 모드 상태를 도시한 도면이다.
도 3는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 본 발명의 가변각 모드 상태를 도시한 도면이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 사판식 압축기(100)는, 프런트 하우징(110), 리어 하우징(120), 실린더 블록(130), 밸브구조물(140)을 포함한다.
상기 프런트 하우징(110)에는, 사판실(114)이 형성되며, 상기 사판실(114)에는 러그플레이트(111), 상기 러그플레이트(111)와 결합되는 사판(112), 상기 러그플레이트(111)와 사판(112)이 결합되는 회전축(113)이 수용된다. 상기 사판실(114)에는 냉매가 존재하며, 부품들의 윤활을 위한 오일도 일부 존재한다.
상기 리어하우징(120)은, 상기 프런트하우징(110)의 후방에 결합되며, 냉매가 흡입 및 토출되는 흡입실(121)과 토출실(122)이 형성된다.
상기 실린더블록(130)은, 상기 프런트하우징(110)과 리어하우징(120)의 사이에 개재된다. 상기 실린더블록(130)에는 상기 회전축(113)의 후단이 실린더블록(130)의 중심부에 회전 가능하게 삽입된다. 그리고 상기 실린더블록(130)은, 상기 회전축(113)의 둘레를 따라 복수개의 실린더보어(미도시)가 형성되며, 상기 실린더보어에는 각각 피스톤(미도시)이 수용된다. 상기 피스톤들은 상기 사판(112)과 결합되며, 상기 사판(112)의 회전에 따라 전후로 왕복 이동한다. 이에 따라 상기 흡입실(121)에 존재하는 냉매는, 상기 실린더보어로 유입되어 상기 피스톤에 의해 압축된 후, 상기 토출실(122)을 통해 외부로 토출된다.
상기 실린더블록(130)에는, 실린더캐비티(131), 블록유로(132), 연통유로(135)가 형성된다.
상기 실린더캐비티(131)는, 상기 회전축(113)의 후방 측에 형성되는 공간으로서, 스프링이 배치되고, 상기 흡입실(121)과 연통된다. 이때, 상기 회전축(113)에는 길이방향을 따라 내부에 축유로(115)가 형성된다. 따라서 상기 사판실(114)에 존재하는 냉매는, 상기 축유로(115)를 통해 상기 실린더캐비티(131)로 유입된 후, 캐비티유로(136)를 통해 상기 흡입실(121)로 유입된다.
상기 블록유로(132)는, 상기 실린더캐비티(131)의 반경방향 외측에 형성되며, 일 측이 상기 사판실(114)과 연통되고 타 측이 상기 토출실(122)과 연통된다. 이때, 상기 블록유로(132)의 타 측과 상기 토출실(122)의 사이에는, 제어밸브(미도시; 약칭 ‘ECV')가 설치된다. 상기 제어밸브는, 최대각 모드에서는 상기 토출실(122)로부터 상기 블록유로(132)로 공급되는 냉매의 유동경로를 완전히 차단하며, 가변각 모드에서는 상기 토출실(122)로부터 상기 블록유로(132)로 냉매를 공급한다. 한편, 상기 블록유로(132)의 내벽에는, 제1단턱(133)과, 상기 제1단턱(133)으로부터 후방으로 이격된 위치에 상기 제1단턱(133)보다 내경이 큰 제2단턱(134)이 형성된다.
상기 연통유로(135)는, 상기 블록유로(132)와 상기 실린더캐비티(131)의 사이에 형성되며, 상기 블록유로(132) 및 상기 실린더캐비티(131)와 각각 연통된다. 그리고 상기 연통유로(135)는, 상기 제2단턱(134)보다 후방에 위치한다.
상기 밸브구조물(140)은, 상기 블록유로(132)에 설치되며, 상기 토출실(122)로부터 상기 블록유로(132)로 유입되는 냉매에 의해 가압됨에 따라, 상기 연통유로(135)를 선택적으로 개폐시키거나, 상기 연통유로(135)를 통해 유동하는 냉매의 유동량을 조절한다. 이를 위하여, 상기 밸브구조물(140)은, 제1밸브부(141), 제2밸브부(144) 및 가압부(147)를 포함한다.
상기 제1밸브부(141)는, 상기 제1단턱(133)에 안착되는 것으로서, 제1밸브본체(142) 및 제1밸브돌기(143)를 포함한다. 상기 제1밸브본체(142)는, 상기 제1단턱(133)에 안착되며, 중공(中空) 형상으로 형성된다. 상기 제1밸브돌기(143)는, 상기 제1밸브본체(142)보다 직경이 작으며, 상기 제1밸브본체(142)로부터 후방으로 돌출되도록 형성된다. 상기 제1밸브돌기(143) 역시, 중공 형상으로 형성된다. 따라서 상기 블록유로(132)로 유입된 냉매는, 상기 제1밸브부(141)를 통과하여 상기 사판실(114)로 공급된다.
상기 제2밸브부(144)는, 상기 제1밸브부(141)의 후방에 배치되며, 전후로 슬라이딩 가능하게 설치되고, 상기 제2단턱(134)에 안착된다. 상기 제2밸브부(144)는, 제2밸브본체(145) 및 제2밸브돌기(146)를 포함한다. 상기 제2밸브본체(145)는, 상기 제2단턱(134)에 선택적으로 안착되며 중공으로 형성된다. 상기 제2밸브돌기(146)는, 상기 제2밸브본체(145)보다 직경이 작으며, 상기 제2밸브본체(145)로부터 전방으로 돌출 형성된다. 그리고 상기 제2밸브돌기(146)는, 중공으로 형성된다. 따라서 상기 토출실(122)로부터 상기 블록유로(132)로 유입된 냉매는, 차례로 상기 제2밸브부(144) 및 상기 제1밸브부(141)를 통과하여 상기 사판실(114)로 유입된다.
상기 가압부(147)는, 상기 제1밸브부(141)와 제2밸브부(144)의 사이에 배치되며, 일단이 상기 제1밸브돌기(143)를 감싸도록 배치되어 상기 제1밸브본체(142)의 후방에 안착되고, 타단이 상기 제2밸브돌기(146)를 감싸도록 배치되어 상기 제2밸브본체(145)의 전방에 안착된다. 그리고 상기 가압부(147)는, 상기 제2밸브부(144)를 상기 제1밸브부(141)로부터 후방으로 가압한다. 이때, 도 1 내지 도 3에서는 상기 가압부(147)가 코일 스프링 형상인 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예에 불과할 뿐, 상기 가압부(147)는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
이하부터는, 도 2 및 도 3을 참조하여, 밸브구조물(140)의 동작에 관해 설명하도록 한다.
도 2를 참조하면, 사판식 압축기(100)의 초기 구동 시에는, 압축기의 압축 성능을 단시간에 향상시키기 위하여, 사판(112)의 회전축(113)에 대한 경사각을 최대로 유지하여야 한다(이하, ‘최대각 모드’라 한다). 이를 위하여, ECV는, 상기 토출실(122)로부터 상기 사판실(114)로 공급되는 냉매의 유동경로를 완전히 차단한다. 따라서 상기 토출실(122)에 존재하는 냉매는, 상기 블록유로(132)로 유입되지 않는다.
상기 토출실(122)로부터 상기 블록유로(132)로 냉매가 유입되지 않으므로, 상기 가압부(147)에 의하여 상기 제2밸브부(144)는 상기 블록유로(132)의 후방 측 내벽으로 완전히 밀착된 상태를 유지한다. 그리고 상기 제2단턱(134)의 후방에 존재하는 상기 연통유로(135)는, 상기 제2밸브부(144)가 후방으로 밀착됨에 따라 개방되어 상기 블록유로(132)와 연통되게 된다.
이 경우, 상기 사판실(114)에 존재하는 냉매는, 상기 블록유로(132)로 유입된 후, 상기 제1밸브부(141)를 통과하여 상기 연통유로(135)로 유입된다. 그리고 상기 연통유로(135)로 유입된 냉매는, 상기 실린더캐비티(131)로 유입된 후 상기 흡입실(121)로 공급된다.
따라서 본 발명에 따른 사판식 압축기(100)에 의하면, 최대각 모드에서, 상기 토출실(122)로부터 상기 사판실(114)로 바이패스되는 냉매를 차단함에 따라, 상기 사판실(114)로부터 상기 흡입실(121)로 유입되는 냉매의 양을 증가시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 사판식 압축기(100)의 정상상태(Steady-state) 운전 상황에는, 사판(112)의 경사각을 줄여 냉매의 압축량를 감소시킬 필요가 있다(이하, ‘가변각 모드’라 한다). 이를 위하여, ECV는, 상기 토출실(122)로부터 상기 사판실(114)로 냉매를 공급한다. 따라서 상기 토출실(122)에 존재하는 냉매는, 상기 블록유로(132)로 유입된다. 상기 토출실(122)로부터 상기 블록유로(132)로 냉매가 유입되므로, 상기 제2밸브부(144)는 유입된 냉매에 의해 전방으로 가압되어 상기 제2단턱(134)에 안착되게 된다.
이 경우, 상기 사판실(114)과 상기 토출실(122)은, 상기 블록유로(132)를 통해 연통된 상태가 된다. 이때, 상기 토출실(122)의 냉매 압력이 상기 사판실(114)의 냉매 압력보다 더 크므로, 상기 토출실(122)의 냉매는 상기 블록유로(132)로 유입되어 차례로 상기 제2밸브부(144) 및 상기 제1밸브부(141)를 통과한 후, 상기 사판실(114)로 공급된다.
한편, 상기 사판실(114)에 존재하는 냉매는, 상기 축유로(115)를 통해서만 상기 흡입실(121)로 바이패스되므로, 상기 사판실(114)로부터 상기 흡입실(121)로 유입되는 냉매의 양은, 최대각 모드와 비교하였을 때 감소하게 된다.
따라서 본 발명에 따른 사판식 압축기(100)에 의하면, 가변각 모드에서, 상기 토출실(122)로부터 상기 사판실(114)로 냉매를 바이패스 시킴에 따라, 상기 사판실(114)로부터 상기 흡입실(121)로 유입되는 냉매의 양을 감소시킬 수 있다.
100 : 사판식 압축기 110 : 프런트 하우징
120 : 리어 하우징 130 : 실린더 블록
140 : 밸브구조물

Claims (9)

  1. 러그플레이트와, 상기 러그플레이트에 결합된 사판과, 상기 러그플레이트와 사판이 결합되는 회전축이 내부에 형성된 사판실에 수용되는 프런트 하우징;
    상기 프런트 하우징의 후방에 설치되며, 냉매가 흡입 및 토출되는 흡입실과 토출실이 형성된 리어 하우징;
    상기 프런트하우징과 리어하우징의 사이에 개재되며, 상기 흡입실과 연통되는 실린더캐비티가 형성되며, 일 측이 상기 사판실과 연통되고 타 측이 상기 토출실과 연통되는 블록유로가 형성되고, 상기 실린더캐비티와 상기 블록유로 사이에 연통유로가 형성된 실린더블록; 및
    상기 블록유로에 설치되며, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 유입되는 냉매에 의해 선택적으로 가압되는 밸브구조물을 포함하는 사판식 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브구조물은,
    제1밸브부와,
    상기 제1밸브부의 후방에 배치되며, 전후로 슬라이딩 가능하게 설치되는 제2밸브부와,
    상기 제1밸브부와 제2밸브부의 사이에 배치되는 가압부를 포함하는 사판식 압축기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 블록유로는, 내벽에 제1단턱이 형성되며,
    상기 제1밸브부는, 상기 제1단턱에 안착되는 사판식 압축기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1밸브부는,
    중공의 제1밸브본체와,
    상기 제1밸브본체로부터 후방으로 돌출되는 중공의 제1밸브돌기를 포함하며,
    상기 가압부는, 일단이 상기 제1밸브돌기를 감싸도록 배치되는 사판식 압축기.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 블록유로는, 내벽에 제2단턱이 형성되며,
    상기 제2밸브부는,
    상기 제2단턱에 선택적으로 안착되는 중공의 제2밸브본체와,
    상기 제2밸브본체로부터 전방으로 돌출되는 중공의 제2밸브돌기를 포함하고,
    상기 가압부는, 타단이 상기 제2밸브돌기를 감싸도록 배치되는 사판식 압축기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    최대각 모드에서,
    상기 토출실로부터 상기 블록유로로 공급되는 냉매의 유동경로는 차단되며, 상기 제2밸브부는 상기 블록유로의 후방 측 내벽에 안착되어 상기 연통유로를 개방시키고, 상기 사판실의 냉매는 상기 제1밸브부를 통과하여 상기 연통유로를 통해 상기 실린더캐비티로 유입되는 사판식 압축기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    가변각 모드에서,
    상기 토출실로부터 상기 블록유로로 냉매가 공급되며, 상기 제2밸브본체는 전방으로 가압되어 상기 제2단턱에 안착되고, 상기 토출실로부터 상기 블록유로로 공급된 냉매는 상기 제2밸브부 및 제1밸브부를 통과하여 상기 사판실로 유입되는 사판식 압축기.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1단턱은, 상기 제2단턱보다 내경이 더 작은 사판식 압축기.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 연통유로는, 상기 제2단턱보다 후방에 배치되는 사판식 압축기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024076028A1 (ko) * 2022-10-06 2024-04-11 에스트라오토모티브시스템 주식회사 가변형 사판식 압축기

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