KR20210105540A - 가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 작동(on) 시에는 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 의해 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 제어되는 내부제어방식으로 작동되며, 압축기의 정지(off) 시에는 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 개방된 상태를 유지할 수 있어 최소각 구동에 의한 냉매의 내부 순환이 가능한 가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기에 관한 것이다.

Description

가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기{CONTROL VALVE FOR VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR AND VARIABLE DISPLACEMENT COMPRESSOR INCLUDING THE SAME}

본 발명은 가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기의 작동(on) 시에는 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 의해 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 제어되는 내부제어방식으로 작동되며, 압축기의 정지(off) 시에는 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 개방된 상태를 유지할 수 있는 가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기에 관한 것이다.

통상적으로 차량용 공조장치에는 냉난방을 제공하기 위한 냉매압축 사이클 장치가 구비된다. 상기 냉매압축 사이클 장치는 냉매를 압축하여 순환시키는 압축기가 구비되고, 가변용량형 사판식 압축기가 널리 사용되고 있다.

이러한 가변용량형 사판식 압축기는 회전하는 사판의 경사각에 따라서 피스톤의 스트로크가 조절될 수 있도록 구성된다. 상기 사판의 경사각은 크랭크실 내의 압력에 의해 조정될 수 있다. 즉, 토출실 내의 고압의 냉매를 크랭크실로 유입시켜서 크랭크실의 압력을 높이면 사판이 주축에 수직하게 배치되어 피스톤의 스트로크는 사실상 0이 된다. 반대로, 흡입실과 크랭크실을 연통시켜서 압력차를 줄이면 사판이 경사지게 배치되면서 피스톤의 스트로크가 증가하여 냉매의 토출 유량도 증가하게 된다.

이렇게 필요에 따라서 크랭크실을 토출실 또는 흡입실과 선택적으로 연결시키기 위한 제어밸브가 사판식 압축기에 구비될 수 있으며, 상기 제어밸브는 그 작동방식에 따라서 기계식 제어밸브와 전자식 제어밸브로 구분할 수 있다.

전자식 제어밸브는 소위 "외부제어방식 가변 압축기"와 함께 사용되는 것으로서, 내부에 솔레노이드 등의 전자식 액츄에이터에 의해 구동되는 작동 로드를 포함하고 있다. 또한, 상기 전자식 액츄에이터의 작동을 제어하기 위한 제어부가 추가적으로 구비되며, 제어부는 요구되는 냉방 부하에 맞게 상기 전자식 액츄에이터에 사전에 설정된 값의 전류를 공급한다. 상기 작동 로드는 솔레노이드의 on/off에 따라서 밸브 몸체들을 이동시키고, 그에 따라 토출실, 크랭크실 및 흡입실이 선택적으로 연통될 수 있을 뿐만 아니라 그 개도도 조절될 수 있다. 대한민국 공개특허공보 제2019-0091835호에 개시된 전자식 제어밸브와 같이, 전자식 제어밸브는 전류의 공급이 없는 경우에도 크랭크실과 토출실을 연통하는 유로가 개방된 상태를 유지하게 되므로 전자식 제어밸브를 포함하는 외부제어방식 가변 압축기는 클러치 없이 동작이 가능하다.

반면에, 기계식 제어밸브의 경우 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 의해 작동된다. 이러한 기계식 제어밸브는 소위 "내부제어방식 가변 압축기"와 함께 작동되며, 기계식 제어밸브를 포함하는 내부제어방식 가변 압축기는 전자식 제어밸브를 제어하기 위한 제어부 및 로직(logic) 개발 등이 불필요하다는 장점이 있으나, 압축기의 on/off를 위한 클러치를 별도로 필요로 하는 단점이 있다. 즉, 기계식 제어밸브의 경우에는 압축기의 off 시 압축기의 크랭크실과 토출실을 연통하는 유로가 폐쇄되기 때문에 클러치리스 압축기를 구현할 시 최소각 구동에 의한 냉매의 내부 순환이 불가능하다.

대한민국 공개특허공보 제2019-0091835호(2019.08.07. 공개)

본 발명은 압축기의 작동(on) 시에는 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 의해 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 제어되는 내부제어방식으로 작동되며, 압축기의 정지(off) 시에는 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 개방된 상태를 유지할 수 있는 가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기를 제공하는 것에 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 따라 내부제어방식으로 작동되는 기계식 제어밸브(MCV; mechanical control valve)를 통해 클러치리스 압축기를 구현하였다. 이를 위해, 본 발명은 압축기의 정지(off) 시 크랭크실과 토출실을 연통하는 유로를 개방하기 위한 구동부를 포함한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 압축기의 토출실과 연통되는 제1 연통실과, 압축기의 크랭크실과 연통되는 제2 연통실과, 압축기의 흡입실과 연통되는 제3 연통실과, 상기 제1 연통실 및 제2 연통실과 양단이 각각 연통되는 밸브실과, 상기 제3 연통실과 축공을 통해 연통되는 변압실 및 상기 변압실과 구획벽에 의해 구획되는 안착실을 포함하는 하우징;과, 상기 밸브실에 설치되어 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 선택적으로 연통하는 밸브체;와, 상기 하우징의 내부에 상기 축공을 관통하여 이동 가능하게 설치되며, 일단이 상기 밸브체와 결합되어 상기 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 로드;와, 상기 안착실에 설치되는 탄성부재; 및 상기 밸브체가 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 연통하는 방향으로 상기 로드에 선택적으로 힘을 가하는 구동부;를 포함하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동부는 압축기의 정지(off) 시 상기 로드에 힘을 가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 밸브실에 설치되는 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동부는, 상기 하우징에 설치되는 코일;과, 상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부;와, 상기 코일의 내측에 설치되는 코어; 및 상기 로드와 결합되며, 상기 코어와 마주보도록 배치되는 플런저;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 플런저는 상기 코일에 전류가 공급되면 상기 제1 연통실 측으로 이동할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 코일은 상기 제2 연통실과 제3 연통실 사이에 설치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동부는, 유압 또는 공압에 의해 구동되는 액추에이터(actuator)일 수 있다.

또한, 상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예는, 내부에 크랭크실, 흡입실 및 토출실이 형성되는 하우징;과, 상기 크랭크실 내에 회전 가능하게 장착되는 구동축;과, 상기 크랭크실의 압력 변화에 따라 상기 구동축에 대한 각도가 조절될 수 있도록 장착되며, 상기 구동축과 함께 회전하는 사판;과, 상기 사판에 의해 왕복 운동하는 피스톤;과, 상기 피스톤이 삽입되어 냉매를 압축하는 압축공간을 제공하는 실린더보어; 및 상기 하우징에 장착되며, 상기 크랭크실의 압력을 조절하는 제어밸브;를 포함하며, 상기 제어밸브는, 상기 토출실과 연통되는 제1 연통실과, 상기 크랭크실과 연통되는 제2 연통실과, 상기 흡입실과 연통되는 제3 연통실과, 상기 제1 연통실 및 제2 연통실과 양단이 각각 연통되는 밸브실과, 상기 제3 연통실과 축공을 통해 연통되는 변압실 및 상기 변압실과 구획벽에 의해 구획되는 안착실을 포함하는 밸브하우징;과, 상기 밸브실에 설치되어 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 선택적으로 연통하는 밸브체;와, 상기 밸브하우징의 내부에 상기 축공을 관통하여 이동 가능하게 설치되며, 일단이 상기 밸브체와 결합되어 상기 밸브하우징의 길이방향을 따라 연장되는 로드;와, 상기 안착실에 설치되는 탄성부재; 및 상기 밸브체가 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 연통하는 방향으로 상기 로드에 선택적으로 힘을 가하는 구동부;를 포함하는, 가변용량형 압축기를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 구동부는 압축기의 정지(off) 시 상기 로드에 힘을 가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 압축기의 작동(on) 시 상기 구동부는 작동하지 않으며, 상기 흡입실의 압력에 따라 상기 토출실과 크랭크실이 선택적으로 연통되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제어밸브가 압축기의 작동(on) 시에는 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 의해 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 제어되는 내부제어방식으로 작동되므로, 종래의 전자식 제어밸브를 제어하기 위한 제어부 및 로직(logic) 개발 등이 불필요하며 압축기의 부품 수를 감소시킬 수 있다.

또한, 압축기의 정지(off) 시에는 구동부에 의해 제어밸브에서 토출실과 크랭크실을 연통하는 유로가 개방된 상태를 유지할 수 있으므로, 최소각 구동에 의한 냉매의 내부 순환이 가능하다. 이에 따라, 클러치리스 압축기의 구현이 가능하다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 클러치리스 가변용량형 압축기를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 제어밸브를 분리하여 도시한 도면.
도 3은 도 2의 제어밸브의 다른 상태를 도시한 도면.
도 4는 도 2의 제어밸브의 또 다른 상태를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 가변용량형 압축기용 제어밸브 및 이를 포함하는 가변용량형 압축기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으며, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

우선, 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 클러치리스 가변용량형 압축기(1)에 대해 살펴보도록 한다.

클러치리스 가변용량형 압축기(1)는 내부에 크랭크실(C), 흡입실(S) 및 토출실(D)이 형성되는 하우징을 포함하되, 본 실시 예에서 상기 하우징은 다수 개의 실린더보어(11)가 방사상으로 배치되는 실린더블록(10)과, 상기 실린더블록(10)의 전방에 결합되어 크랭크실(C)을 형성하는 전방하우징(30), 그리고 실린더블록(10)의 후방에 결합되어 흡입실(S)과 토출실(D)을 형성하는 후방하우징(50)을 포함하여 이루어진다. 다수 개의 볼트가 상기 전방하우징(30), 실린더블록(10), 후방하우징(50)을 관통하여 체결되는 것에 의해 압축기(1)의 조립이 완성될 수 있다.

상기 실린더블록(10)에는 다수개의 실린더보어(11)가 상기 실린더블록(10)의 가장자리를 둘러 일정한 간격을 두고 형성되며, 상기 실린더보어(11)의 내부에는 피스톤(15)이 각각 삽입되어 직선 왕복운동함으로써, 실린더보어(11) 내로 유입되는 냉매를 압축하게 된다.

상기 전방하우징(30)과 실린더블록(10) 사이에는 전방하우징(30)의 후방이 오목하게 형성됨에 따라 크랭크실(C)이 형성되며, 상기 크랭크실(C)의 내부에는 상기 피스톤(15)을 왕복운동시키기 위한 구성들이 설치된다.

먼저, 구동축(40)은 상기 전방하우징(30)의 축공(32)을 관통하여 실린더블록(10)의 중심에 형성되어 있는 센터보어(12)에 회전가능하게 설치된다. 상기 구동축(40)은 자동차의 엔진으로부터 전달되는 구동력에 의해 회전된다. 상기 구동축(40)의 회전을 지지하기 위해 상기 센터보어(12) 및 축공(32)에는 베어링이 각각 설치된다.

이와 같이 상기 크랭크실(C)의 내부에는 상기 구동축(40)이 중앙을 관통하여 회전 가능하게 장착되고, 상기 구동축(40)에 고정되어 구동축(40)과 함께 회전하는 로터(41)가 설치된다. 상기 로터(41)는 대략 원판상으로 형성되고, 그 일측에는 힌지아암(43)이 돌출되도록 형성된다.

또한, 상기 구동축(40)에는 피스톤(15)을 왕복운동 시키기 위한 사판(45)이 구동축(40)과 함께 회전하도록 설치된다. 상기 사판(45)의 일측에는 상기 로터(41)의 힌지아암(43)과 연결되는 연결아암(46)이 돌출되어 형성되며, 상기 연결아암(46)과 힌지아암(43)이 힌지핀(47)에 의해 결합됨으로써 상기 구동축(40)에 대한 상기 사판(45)의 경사각이 변할 수 있다. 여기에서 상기 사판(45)의 경사각은 상기 구동축(40)과 직교하는 면과 상기 사판(45)의 면에 의하여 이루어지는 각도를 의미한다.

상기 사판(45)의 가장자리부분, 즉 외주연부는 상기 피스톤(15)의 전방에 돌출되는 연결부(17)에 슈(18)를 통해 연결된다. 상기 사판(45)이 경사진 상태로 회전되면 그 외주연부가 상기 슈(18) 사이를 지나감에 따라 상기 피스톤(15)이 상기 실린더보어(11) 내에서 직선 왕복운동을 하면서 냉매를 압축하게 된다.

상기 사판(45)과 로터(41) 사이의 구동축(40)에는 소정의 탄성력을 제공하는 반경사스프링(48)이 설치된다. 상기 반경사스프링(48)은 사판(45)의 경사각이 커지는 방향, 즉 사판(45)의 기울기가 커지도록 사판(45)을 가압하고 있다.

한편, 상기 후방하우징(50)에는 상기 실린더보어(11) 내부로 압축될 냉매를 전달하는 흡입실(S)과, 상기 실린더보어(11)에서 압축된 냉매가 토출되어 임시로 머무르는 토출실(D)이 형성된다. 상기 실린더블록(10)과 후방하우징(50)의 사이에는 흡입실(S) 및 토출실(D)과 실린더보어(11) 사이에서 냉매의 유동을 제어하는 밸브어셈블리(60)가 구비된다. 즉, 상기 밸브어셈블리(60)는 흡입실(S)에서 실린더보어(11)로, 그리고 실린더보어(11)에서 토출실(D)로의 냉매 유동을 제어한다.

이와 같은 가변용량형 압축기에서는 크랭크실(C) 내에서 경사각이 가변될 수 있도록 설치되는 사판(45)이 구동축(40)의 회전운동에 따라 구동되면서, 피스톤(15)을 직선 왕복 운동시키게 된다. 이때, 상기 사판(45)의 경사각이 크면 피스톤(15)의 스트로크가 커 작동유체의 토출량이 많아지고, 사판(45)의 경사각이 작으면 피스톤(15)의 스트로크가 작아 작동유체의 토출량이 적어진다.

상기 사판(45)의 경사각은 크랭크실(C) 압력과 흡입실(S) 압력의 차이에 의해 결정되는데, 보통은 크랭크실(C)의 압력이 높아지면 상기 사판(45)의 경사각이 작아지고, 크랭크실(C)의 압력이 낮아지면 상기 사판(45)의 경사각이 커진다. 즉, 크랭크실(C)의 압력을 변화시키는 것에 의하여, 상기 사판(45)의 경사각을 조절할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 크랭크실(C)의 압력을 조절하기 위해 상기 후방하우징(50)에는 제어밸브(70)가 설치된다. 상기 제어밸브(70)는 크랭크실(C)과 토출실(D)을 선택적으로 연통시키는 것에 의하여 크랭크실(C)의 압력을 변화시킬 수 있다.

아래에서는, 도 2 및 3을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어밸브(70)의 구성을 상세히 살펴보도록 한다.

상기 제어밸브(70)는 내부에 제1 연통실(110), 제2 연통실(120), 제3 연통실(130), 밸브실(140), 변압실(150) 및 안착실(160)이 형성되는 밸브하우징(100)에 의해 외형이 이루어진다. 본 실시 예예서는 제1 연통실(110)이 제1 하우징(101) 내부에 형성되며, 제2 연통실(120), 제3 연통실(130), 밸브실(140)이 제2 하우징(102) 내부에 형성되고, 변압실(150) 및 안착실(160)이 제3 하우징(103) 내부에 형성되어, 상기 제1 내지 제3 하우징(101, 102, 103)이 서로 결합되는 것으로 도시되고 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 밸브하우징(100)이 일체로 이루어질 수도 있음은 물론이다.

상기 밸브하우징(100)의 외주면에는 복수 개의 홈이 형성되고, 상기 홈의 내부에 각각 오링(O-ring)이 끼워진다. 상기 오링들은 제어밸브(70)와 압축기 하우징 사이의 틈으로 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있도록 설치된다.

상기 제1 연통실(110)은 압축기의 토출실(D)과 연통되고, 상기 제2 연통실(120)은 압축기의 크랭크실(C)과 연통되며, 상기 제3 연통실(130)은 압축기의 흡입실(S)과 연통되어, 각 연통실로 토출실(D), 크랭크실(C) 및 흡입실(S)의 냉매가 밸브의 작동 상태에 따라 선택적으로 유입될 수 있다. 도 2를 기준으로 상기 밸브하우징(100)의 상단부로부터 하측을 향해 제1 연통실(110), 제2 연통실(120) 및 제3 연통실(130)이 차례로 형성된다.

상기 밸브실(140)은 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120) 사이에 형성되어 양단이 각각 제1 연통실(110) 및 제2 연통실(120)과 연통된다. 상기 밸브실(140)에는 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)을 선택적으로 연통하기 위한 밸브체(200)가 설치된다. 본 실시 예에서 상기 밸브체(200)는 구형으로 형성되며 후술할 로드(300)와 결합된다.

상기 제3 연통실(130)은 제2 연통실(120)과 연통되지 않은 상태로 이격되어 형성되며, 상기 제3 연통실(130)과 변압실(150)은 축공(132)을 통해 서로 연통된다. 이에 따라, 상기 변압실(150)의 압력 변화는 흡입실(S)의 압력변화에 비례한다.

상기 변압실(150)의 하부에는 안착실(160)이 형성되며, 상기 변압실(150)과 안착실(160)은 구획벽(400)에 의해 구획된다. 상기 안착실(160)에는 제1 탄성부재(500)가 설치되며, 상기 구획벽(400)은 다이아프램구조로 형성되어 상기 변압실(150)의 압력과 상기 제1 탄성부재(500)의 탄성력 차이에 의해 상기 밸브하우징(100)의 축방향으로 이동 가능하다. 본 실시 예에서 상기 제1 탄성부재(500)는 코일스프링이다.

상기 밸브하우징(100)의 내부에는 상기 축공(132)을 관통하여 로드(300)가 밸브하우징(100)의 축방향으로 이동 가능하게 설치된다. 상기 로드(300)는 상기 밸브하우징(100)의 길이방향을 따라 연장됨으로써, 상기 로드(300)의 일단은 상기 밸브체(200)와 결합되고 타단은 상기 구획벽(400)에 의해 지지된다.

상기 제1 탄성부재(500)는 상기 변압실(150)의 압력이 작아지면 신장하고, 상기 변압실(150)의 압력이 커지면 수축한다. 이와 같이 상기 변압실(150)의 압력이 작으면 상기 제1 탄성부재(500)가 신장하고, 제1 탄성부재(500)가 신장함에 따라 상기 구획벽(400)이 상기 로드(300)를 상측으로 밀어주어, 결과적으로 상기 밸브체(200)가 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)을 연통하도록 한다. 반대로 상기 변압실(150)의 압력이 크면 상기 제1 탄성부재(500)가 수축하고, 제1 탄성부재(500)가 수축함에 따라 상기 구획벽(400)과 로드(300)가 함께 하측으로 이동하게 되어, 결과적으로 상기 밸브체(200)가 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)이 연통되지 않도록 한다. 이때, 상기 밸브실(140)의 내부에는 제2 탄성부재(600)가 설치될 수 있으며, 상기 제2 탄성부재(600)는 상기 밸브체(200)에 하측으로(밸브체(200)가 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)이 연통되지 않도록 하는 방향으로) 탄성력을 가할 수 있다. 본 실시 예에서 상기 제2 탄성부재(600)는 코일스프링이다.

다음으로는, 도 2 및 3을 참고하여 클러치리스 가변용량형 압축기(1)의 작동(on) 시 상기 제어밸브(70)의 동작에 관하여 설명하도록 한다.

냉방부하가 커지면 흡입실(S)의 압력(Ps)이 증가하면서 상기 제1 연통실(110) 및 이와 축공(132)을 통해 연통되는 변압실(150)의 압력이 커진다. 이와 같이 변압실(150)의 압력이 커지면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1 탄성부재(500)가 수축하고, 제1 탄성부재(500)가 수축함에 따라 상기 구획벽(400)과 로드(300)가 함께 하측으로 이동하게 된다. 이에 따라, 상기 밸브체(200)가 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)이 연통되지 않도록 하며, 크랭크실(C)에 토출실(D)의 고압 냉매가 유입되지 않는다. 결과적으로, 상기 크랭크실(C)의 압력(Pc)이 작아지게 되고, 상기 사판(45)의 경사각이 커지게 되며, 피스톤(15)의 행정거리가 증가함에 따라 압축기의 토출용량이 증가한다.

반대로, 냉방 부하가 작아지면 흡입실(S)의 압력(Ps)이 감소하면서 상기 제1 연통실(110) 및 이와 축공(132)을 통해 연통되는 변압실(150)의 압력이 작아진다. 이와 같이 변압실(150)의 압력이 작아지면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제1 탄성부재(500)가 신장하고, 제1 탄성부재(500)가 신장함에 따라 상기 구획벽(400)이 상기 로드(300)를 상측으로 밀어주게 된다. 이에 따라, 상기 밸브체(200)가 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)이 연통되도록 하며, 토출실(D)의 고압 냉매 일부가 제1 연통실(110), 밸브실(140) 및 제2 연통실(120)을 차례로 지나 크랭크실(C)로 유입된다. 결과적으로, 상기 크랭크실(C)의 압력(Pc)이 커지게 되고, 상기 사판(45)의 경사각이 작아지게 되며, 피스톤(15)의 행정거리가 감소함에 따라 압축기의 토출용량이 감소하게 된다.

이와 같이, 본원발명의 클러치리스 가변용량형 압축기(1)는 외부의 제어없이 상기 흡입실(S)의 압력(Ps)에 의해 상기 토출실(D)과 크랭크실(C)을 연통하는 유로가 제어됨에 따라 내부제어방식으로 작동될 수 있다.

다음으로는, 도 4를 참고하여 클러치리스 가변용량형 압축기(1)의 정지(off) 시 상기 제어밸브(70)의 동작에 관하여 설명하도록 한다.

압축기가 정지(off) 되면 상기 흡입실(S)의 압력(Ps)이 증가된다. 이와 같이 흡입실(S)의 압력(Ps)이 증가되면 상기에서 살펴본 바와 같이 변압실(150)의 압력이 커지고, 밸브체(200)가 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)이 연통되지 않도록 한다.

하지만, 클러치리스 압축기에서는 정지 시에도 사판의 최소각에 의한 구동이 필요하기 때문에 최소각 구동을 위한 냉매의 내부 순환이 필수적이다. 즉, 압축기의 정지 시에도 흡입실(S)-토출실(D)-크랭크실(C)-흡입실(S)로의 냉매 순환이 필요하므로, 상기 토출실(D)과 크랭크실(C)은 연통된 상태를 유지하여야 한다.

이를 위해, 본 발명은 상기 밸브체(200)가 상기 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)을 연통하는 방향으로 상기 로드(300)에 선택적으로 힘을 가하는 구동부(700)를 포함한다. 상기 구동부(700)는 압축기의 정지(off) 시 상기 로드(300)에 힘을 가하며, 압축기의 작동(on) 시에는 작동하지 않는다. 이에 따라, 압축기의 작동 시에는 제어밸브(70)가 내부제어방식에 의해 제어되며, 압축기의 정지 시에는 제어밸브(70)가 상기 구동부(700)에 의해 토출실(D)과 크랭크실(C)이 연통된 상태를 유지하도록 제어된다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 실시 예에서 상기 구동부(700)는 전자식 액추에이터로 구성된다. 구체적으로, 상기 구동부(700)는 상기 밸브하우징(100)에 설치되는 코일(710)과, 상기 코일(710)에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부(740)와, 상기 코일(710)의 내측에 설치되는 코어(720) 및 상기 로드(300)와 결합되며, 상기 코어(720)와 마주보도록 배치되는 플런저(730)를 포함할 수 있다.

상기 코일(710)은 밸브하우징(100) 내부에 설치되되, 상기 제2 연통실(120)과 제3 연통실(130) 사이에 설치되고 있다. 또한, 상기 코일(710)의 반경방향 내측에 해당하는 밸브하우징(100)의 중심부에는 일정 공간부가 형성되며, 상기 공간부에 상기 코어(720) 및 플런저(730)가 배치되고 있다. 상기 전류 공급부(740)는 밸브하우징(100)의 일단부에 부착되고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이에 따라, 압축기의 정지 시 상기 전류 공급부(740)에 의해 코일(710)에 전류가 공급되면 코일(710)이 여자되고, 이로 인해 코어(720)가 자화되어 플런저(730)가 이동하게 된다. 구체적으로, 상기 플런저(730)는 자력에 의해 코어(720)에 부착되되, 상기 제1 연통실(110) 측으로 이동한다. 이와 같이, 상기 플런저(730)가 이동하면 상기 로드(300)가 일체로 이동하게 되고, 상기 로드(300)에 의해 밸브체(200)가 제1 연통실(110)과 제2 연통실(120)이 연통되는 방향으로 이동하여 토출실(D)과 크랭크실(C)이 연통되도록 한다.

본 발명에서 전자식 액추에이터는 반드시 도시된 형태에 한하는 것은 아니며, 전류를 가하여 움직임을 제어할 수 있는 임의의 수단, 예를 들어 압전소자, 스텝핑 모터(stepping motor) 등을 활용하는 예도 고려할 수 있다.

더욱이, 상기 구동부는 전자식 액추에이터에 한정되는 것은 아니며, 유압 또는 공압에 의해 구동되는 액추에이터일 수도 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제어밸브(70)가 압축기의 작동(on) 시에는 외부의 제어없이 흡입되는 냉매의 조건에 의해 토출실(D)과 크랭크실(C)을 연통하는 유로가 제어되는 내부제어방식으로 작동되므로, 종래의 전자식 제어밸브를 제어하기 위한 제어부 및 로직(logic) 개발 등이 불필요하며 압축기의 부품 수를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제어밸브(70)가 압축기의 정지(off) 시에는 구동부에 의해 토출실(D)과 크랭크실(C)을 연통하는 유로가 개방된 상태를 유지할 수 있으므로, 최소각 구동에 의한 냉매의 내부 순환이 가능하다. 이에 따라, 클러치리스 압축기의 구현이 가능하다.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.

1: 압축기 10: 실린더블록
11: 실린더보어 12: 센터보어
15: 피스톤 17: 연결부
18: 슈 30: 전방하우징
32: 축공 40: 구동축
41: 로터 43: 힌지아암
45: 사판 46: 연결아암
47: 힌지핀 48: 반경사스프링
50: 후방하우징 60: 밸브어셈블리
70: 제어밸브 100: 밸브하우징
101: 제1 하우징 102: 제2 하우징
103: 제3 하우징 110: 제1 연통실
120: 제2 연통실 130: 제3 연통실
132: 축공 140: 밸브실
150: 변압실 160: 안착실
200: 밸브체 300: 로드
400: 구획벽 500: 제1 탄성부재
600: 제2 탄성부재 700: 구동부
710: 코일 720: 코어
730: 플런저 740: 전류 공급부

Claims (10)

1. 압축기의 토출실과 연통되는 제1 연통실과, 압축기의 크랭크실과 연통되는 제2 연통실과, 압축기의 흡입실과 연통되는 제3 연통실과, 상기 제1 연통실 및 제2 연통실과 양단이 각각 연통되는 밸브실과, 상기 제3 연통실과 축공을 통해 연통되는 변압실 및 상기 변압실과 구획벽에 의해 구획되는 안착실을 포함하는 하우징;
   상기 밸브실에 설치되어 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 선택적으로 연통하는 밸브체;
   상기 하우징의 내부에 상기 축공을 관통하여 이동 가능하게 설치되며, 일단이 상기 밸브체와 결합되어 상기 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 로드;
   상기 안착실에 설치되는 탄성부재; 및
   상기 밸브체가 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 연통하는 방향으로 상기 로드에 선택적으로 힘을 가하는 구동부;를 포함하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 구동부는 압축기의 정지(off) 시 상기 로드에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 밸브실에 설치되는 탄성부재;를 더 포함하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 하우징에 설치되는 코일;
   상기 코일에 전류를 공급하기 위한 전류 공급부;
   상기 코일의 내측에 설치되는 코어; 및
   상기 로드와 결합되며, 상기 코어와 마주보도록 배치되는 플런저;를 포함하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 플런저는 상기 코일에 전류가 공급되면 상기 제1 연통실 측으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 코일은 상기 제2 연통실과 제3 연통실 사이에 설치되는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 구동부는, 유압 또는 공압에 의해 구동되는 액추에이터(actuator)인 것을 특징으로 하는, 가변용량형 압축기용 제어밸브.
   
8. 내부에 크랭크실, 흡입실 및 토출실이 형성되는 하우징;
   상기 크랭크실 내에 회전 가능하게 장착되는 구동축;
   상기 크랭크실의 압력 변화에 따라 상기 구동축에 대한 각도가 조절될 수 있도록 장착되며, 상기 구동축과 함께 회전하는 사판;
   상기 사판에 의해 왕복 운동하는 피스톤;
   상기 피스톤이 삽입되어 냉매를 압축하는 압축공간을 제공하는 실린더보어; 및
   상기 하우징에 장착되며, 상기 크랭크실의 압력을 조절하는 제어밸브;를 포함하며,
   상기 제어밸브는,
   상기 토출실과 연통되는 제1 연통실과, 상기 크랭크실과 연통되는 제2 연통실과, 상기 흡입실과 연통되는 제3 연통실과, 상기 제1 연통실 및 제2 연통실과 양단이 각각 연통되는 밸브실과, 상기 제3 연통실과 축공을 통해 연통되는 변압실 및 상기 변압실과 구획벽에 의해 구획되는 안착실을 포함하는 밸브하우징;
   상기 밸브실에 설치되어 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 선택적으로 연통하는 밸브체;
   상기 밸브하우징의 내부에 상기 축공을 관통하여 이동 가능하게 설치되며, 일단이 상기 밸브체와 결합되어 상기 밸브하우징의 길이방향을 따라 연장되는 로드;
   상기 안착실에 설치되는 탄성부재; 및
   상기 밸브체가 상기 제1 연통실과 제2 연통실을 연통하는 방향으로 상기 로드에 선택적으로 힘을 가하는 구동부;를 포함하는, 가변용량형 압축기.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 구동부는 압축기의 정지(off) 시 상기 로드에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는, 가변용량형 압축기.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 압축기의 작동(on) 시 상기 구동부는 작동하지 않으며, 상기 흡입실의 압력에 따라 상기 토출실과 크랭크실이 선택적으로 연통되는 것을 특징으로 하는, 가변용량형 압축기.
    

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