KR930004657B1 - 가변 용적형 압축기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가변 용적형 압축기

제1도는 본 발명에 따른 회전캠형식의 압축기의 수직단면도.

제2도는 제1도에서 적용된 회전캠의 경사각의 변화를 나타내는 개략도.

제3도는 본 발명에 따른 회전캠형식의 압축기의 또 다른 실시예를 도시하는 수직단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 회전캠식의 압축기 2 : 전단부 하우징

3 : 실린더 하우징 4 : 밸브판

5 : 실린더 헤드 6 : 고정보올트

7 : 구동축 10 : 캠로우터

12 : 원통형부재 14 : 회전캠

18 : 피스톤 24 : 슬라이더

28 : 전자기밸브 31 : 실린더블럭

32 : 크랭크챔버 52 : 흡입챔버

53 : 배출챔버

본 발명은 냉동시스템에 적용되는 회전캠(Wobble plate) 형식의 압축기에 관한 것으로 특히 가변용적 메카니즘을 이용한 회전캠식 압축기에 관한 것이다.

대체로, 캠로우터의 회전운동을 회전캠의 요동운동으로 변화시켜 피스톤을 왕복운동시키는 형식의 회전캠식 압축기는 이미 공지되어 있는 것이고 압축기의 압축용량을 변화시키기 위하여 캠로우터의 경사면의 경사각을 변화시켜 피스톤의 행정체적을 변경선택하는 가변용적 메카니즘에 대해서도 이미 널리 알려져 있는 바이다. 이와같은 것은 미합중국 특허번호 제3,861,829호에서 밝혀져 있다.

전술한 바와같은 가변용적 메카니즘에서, 캠로우터의 경사면의 경사각은 캠로우터가 장치된 크랭크챔버와 흡입챔버사이의 압력차에 의해서 바뀌어진다. 또 피스톤의 행정체적은 캠로우터의 경사면의 경사각에 의해서 변화한다. 따라서, 압축기의 압축용량은 피스톤의 행정체적 변화에 따라 변하는 것이다.

그러나, 상기 캠로우터의 경사각이 캠로우터상에 발생하는 모우멘트를 조절함으로써 결정될때, 회전캠의 측부에서 피스톤과 피스톤로드를 연결시키기 위한 연결부위에서의 내구성은 감소하고, 따라서 배면측, 즉 크랭크챔버측에서 피스톤은 압력에 의해 밀려진다.

또한, 크랭크챔버내의 압력이 조절되기 때문에 크랭크챔버의 체적은 흡입챔버의 체적보다 더 크다. 이러한 이유때문에 캠로우터의 경사면의 경사각에 대한 반응은 충분하지 못하다.

더구나, 크랭크챔버와 흡입챔버사이의 압력차가 변화하기 때문에 오일은 크랭크챔버로 부터 흡입챔버로 유동한다.

이상과 같은 문제점을 해결하기 위하여 미합중국 특허번호 제4,061,443호에서 설명하고 있는 것처럼 크랭크챔버와 흡입챔버 사이에 차등압력을 적용하지 않은 형식의 가변용적형 압축기가 제안되었었다. 이것은 캠로우터의 경사면의 각을 조정하기 위한 변조 실린더가 크랭크챔버내에 설치되어 압축기의 배수구역과 연결되는 형식으로써 그 연결과정은 후위헤드귀환보어, 밸브판홈, 개구, 밸브 디스크개구, 실린더블럭축방향귀환보어, 내통관, 축방향보어, 반경방향보어, 개구, 축반경전방개구, 축전방반경방향출구등을 연속해서 통과한다. 변조실린더속으로 유동하는 윤활유는 실린더블럭내에 있는 오일기어펌프에 의해 압축된다. 변조실린더는 윤활유의 압력에 따라 작동된다. 따라서, 캠로우터의 경사면의 경사각은 변조실린더의 작동에 따라서 변화된다.

그러나, 전술한 압축기내의 변조실린더가 크랭크챔버내에 위치하기 때문에, 크랭크챔버를 크게 만들어야 하고, 따라서, 압축기의 규모가 종래 압축기에 비해서 대형화하는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 크기가 콤팩트하고 가변용적 매카니즘을 적용하는 회전캠식 압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 실린더블럭의 중앙에 있는 피스톤의 행정체적을 변화시키기 위해 작동기를 구비하는 가변용적 메카니즘을 포함하는 회전캠식 압축기를 제공하는데 있다.

본 발명의 전술한 바와 같은 목적 등은 실린더블럭의 중앙에 작동기를 구비함으로써 달성할 수 있다.

이 이외의 목적, 특징 및 장점들은 첨부하는 도면을 참고로 한 이하의 설명에서 좀더 상세히 이해될 것이다.

제1도에서는 실린더블럭(31)을 갖고 있는 실린더 하우징(3), 전단부 하우징(2), 밸브판(4), 실린더헤드(5)로 이루어지는 회전캠 형식의 압축기(1)가 도시되어 있다. 상기의 전단부 하우징(2)은 실린더 하우징(3)의 한쪽단면에 고정보울트(6)를 사용하여 고정되어 있고, 그 중앙에 구동축(7)을 수용하여 지지하기 위한 축방향의 개구(21)가 형성되어 있다. 상기 축방향개구(21)속에는 구동축(7)을 회전지지하는 레이디얼베어링(8)이 설치된다. 또한 상기 전단부 하우징(2)의 전면에는 슬리이브(22)가 돌출 설치되어, 구동축(7)을 감싸고 있으며, 기계적구조의 시일(9)을 설치하기 위한 시일공간(23)을 형성해준다. 실린더 하우징(3)에는 실린더블럭(31)과 크랭크챔버(32)가 구비되며, 상기 실린더블럭(31)은 여러개의 실린더 보어(33)를 구비한채로 실린더 하우징(3)의 다른쪽단부에 형성된다.

상기 구동축(7)의 내부단부에는 캠로우터(10)가 마련되고, 하나의 드러스트 니이들 베어링(11)이 전단부 하우징(2)의 내부벽면과 캠로우터(10)의 인접한 축방향 단부면사이에 설치된다. 캠로우터(1)의 돌기부(101)는 실린더블럭(31)쪽으로 확장해있고 사각형의 개구(102)가 상기 돌기부(101)에 형성된다.

플랜지(121)가 마련된 원통형부재(12)는 구동축(7)을 둘러싸면서 설치되고, 상기 플랜지(121)의 외부면에는 돌기부(122)가 형성되어 캠로우터(10)측의 돌기부(101)와 서로 맞닿는다. 상기 돌기부(122)에는 개구(123)가 형성되어 있어서 돌기부(101)쪽의 4각형 개구(102)와 핀부재(13)로 서로 결합된다. 개구(123)속에 끼워지는 상기 핀부재(13)는 사각형개구(102)속으로 삽입되어, 상기 개구(102)의 내부 가장자리를 따라 미끄럼운동을 한다. 링형의 회전캠(14)은 레이디얼니이들 베어링(15)을 개재하여 원통형부재(12)의 외부면상에 설치된다. 또한, 플랜지(121)와 상기 회전캠(14) 사이에 생기는 공간에는 드러스트 니이들베어링(16)이 위치한다. 구동축(7)의 외부단은 실린더블럭(31)의 중앙개구에 위치하는 레이디얼보올베어링(17)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 상기 회전캠(14)속에는 미끄럼축(141)이 고정되고 실린더 하우징(3)의 바닥면쪽으로 돌출해있다. 축방향으로 확장하고 있는 홈(321)은 미끄럼축(141)의 이동위치에 따라서 배치된다. 미끄럼축(141)의 단부는 상기 홈(321)속에 위치하고 홈(321)의 내부 가장자리를 따라서 미끄러지며 움직임으로써 상기 회전캠(14)의 회전을 방지하게 된다.

피스톤로드(17)의 한쪽단부는 회전캠(14)의 수용면(142)에 회전가능하게 연결되어 있으며 다른쪽단부는 실린더보어(33)내에 미끄럼 가능하게 위치된 피스톤(18)에 회전가능하게 연결되어 있다.

흡입구(19)와 배출구(20)는 밸브판(4)에 형성되어 있으며, 흡입 리이드밸브(도시생략)도 역시 밸브판(4)에 설치되고, 또한 배출리이드밸브(도시생략)도 흡입리이드밸브의 반대쪽측단에서 밸브판(4)에 설치되어 있다.

실린더 헤드(5)는 가스켓(41)과 밸브판(4)을 개재하여 실린더 하우징(3)에 연결된다. 격벽(51)이 축방향으로 확장하면서 구성되는 관계로 실린더헤드(5)의 내부면을 형성하고 실린더 헤드(5)를 두 개의 챔버, 즉 흡입챔버(52)와 배출챔버(53)로 분리하게 된다.

슬라이더(24)는 구동축(7)의 외주면에 미끄럼가능하게 배치되어 원통형부재(12)에 연결되어 있으므로 원통형부재(12)가 구동축(7)에 회전 및 미끄럼가능하게 설치되는 결과를 가져오고, 코일스프링(25)은 캠로우터(10)와 슬라이더(24)의 한쪽 단부사이에 배치되어 구동축(7)을 둘러싸고 있다.

디스크형의 플런저(261) 및 코일스프링(262), 압력챔버(263)로 이루어진 작동기(26)는 구동축(7)의 내부 말단부에 위치한다. 상기 디스크형태의 플런저(261)는 구동축(7)의 내부단부에 미끄럼 가능하게 배치되어 상기 플런저(261)가 실린더블럭(31)의 중앙개구 외곽단에 형성되는 압력챔버(263)의 개구들을 폐쇄할 수 있도록 되어 있다. 상기 디스크형 플런저(261)는 실린더블럭(31)과 미끄럼가능하게 연결되어 있으며 코일스프링(262)에 의해서 크랭크챔버(32)쪽으로 밀려진다. 슬라이더(24)의 타단은 드러스트니이들베어링(27)을 개재하여 디스크형플런저(261)에 연결되어 있기 때문에 슬라이더(24)의 회전력은 플런저(261)와 연결될 수 없으나, 플런저(261)의 축방향힘은 슬라이더(24)에 전달될 수 있다.

압력챔버(263)와 배출챔버(53)를 서로 연결시키는 개구(311)는 실린더블럭(31)을 개재하여 형성되며, 상기 개구(311)를 개방 및 폐쇄 시키는 것은 전자기밸브(28)에 의해 조절된다. 밸브자리(29)가 배출챔버(53)의 측부에서 밸브판(4)상에 설치되어 전자기밸브(28)의 밸브부분(281)이 그 위에 위치하도록 되어 있다.

이상 설명한 바와같은 가변용적형의 압축기를 작동하는 것은 다음과 같은 방법에 의한다.

회전운동이 동력원에 의하여 구동축(7)에 전달되면, 구동축(7)의 회전운동은 캠로우터(10)에 전달되고 상기 캠로우터(10)의 회전운동은 원통형부재(12)를 통해서 회전캠(14)에 전달된다. 그러나, 회전캠(14)와 연결되어 있는 미끄럼축(141)이 홈(321)에 배치되어 있기 때문에, 상기 홈(321)과 미끄럼축(141)사이의 상호작용은 회전캠(14)이 회전하는 것을 방지하게 된다. 따라서, 캠로우터(10)로부터 회전캠(14)으로 전달되는 회전운동은 요동운동으로 바뀐다. 회전캠(14)이 요동운동을 하기 시작하면, 실린더내에 피스톤로드(17)를 통해서 삽입되어 있는 피스톤(18)은 실린더내에서 왕복운동을 한다. 따라서, 흡입챔버(52)를 통해서 흡입개구(30)로부터 들어오는 냉매가스는 흡입구(19)를 통해서 실린더보어(33)내로 흘러들어온다. 그리고, 상기 가스는 실린더보어(33)내에서 압축되고 배출개구(20)를 통해서 배출챔버(53)속으로 배출된다. 상기 배출챔버(53)내에 있는 압축된 냉매가스는 추출구(도시생략)를 통해서 냉동회로(도시생략)로 전달된다.

제2도에서는 요동운동의 메카니즘을 도시하고 있다. 압축행정중에 만약 각각의 피스톤(18)에 주어진 가스의 압력이 Fpi로 표시되면, 모든 피스톤전체에 주어지는 가스압력의 총합은 ∑Fpi가 된다. 도면에서는 단지 두 개의 피스톤만이 각각 실선과 점선으로 표시되어 있으며, 그외의 피스톤들은 도시를 생략하였다. 가스압력 ∑Fpi는 피스톤(18)을 왼쪽으로 이동시킨다. 여기서 만약 코일스프링(25)이 슬라이더(24)오른쪽으로 이동시키는 힘을 Fsp, 플런저(261, 제2도에서는 도시않됨)가 슬라이더(24)를 왼쪽으로 이동시키는 힘을 Fc, 핀부재(13)의 지지부위에서의 견인력을 FL, 구동축(7)과 슬라이더(25)사이의 마찰계수를 μ로 표시하면 전체의 가스압력(∑Fpi)는 다음과 같다. 즉,

Fpi=FL cosβ-Fc+μFR+Fsp+Fp…………………(1)

여기서는 견인력(FL)에 의해서 Y축에 나타나는 각이며, Fp는 크랭크챔버(32)와 흡입챔버(52)사이에서의 압력차에 의해 발생하는 힘으로써, FP는 식,

에 의해서 결정되는 힘이며, 여기서 n은 피스톤의 수, D는 피스톤의 직경, Pc는 크랭크챔버의 압력, Ps는 흡입챔버의 압력을 나타낸다.

만약 Fr이 구동축(7)에 직각으로 미치는 견인력(FL)의 성분이라면, Fr은 다음식,

Fr=FL sinβ………………………………………………(2)

에 의해 결정된다. 또한, 만약 핀부재(13)의 지지부위에 주어진 힘의 작용점(P)와 구동축(7)의 하단사이의 거리가 L₁으로 주어지면, 작용점(P)와 Fpi사이의 거리는 L₂이고, 작용점(P)과 구동축(7)의 중앙축과의 사이거리는 L₃, 또한 작용점(P)와 견인력(FL)사이의 거리는 L₄가 된다. 만약 제(1)식을 사용하면 작용점(P)에서의 모우멘트는 다음식의 관계가 된다.

(∑Fpi)×L₂=(Fsp-Fc)×L₃×+μFr×L₁-Fr×L₄+Fp×L₃…………(3)

원통형부재(12)와 회전캠(14)은 상기 모우멘트가 균형을 이룰 수 있도록 기울어진다.

냉동용량을 증가시키기 위해서, 전자기밸브(28)의 개방작용에 의해 개구(311)를 통해서 압력챔버(263)가 배출챔버(53)와 서로 연결된다. 배출챔버(53)로부터 나온 고압압축 가스는 상기 개구(311)를 통해서 압력챔버(263)속으로 들어가고, 압력챔버(263)내의 압력이 증가된다. 따라서, 플런저(261)는 코일스프링(262)의 장력과 코일스프링(25)의 반발력에 대항하면서 왼쪽으로 이동하게 된다. 아울러, 슬라이더(24)도 왼쪽으로 이동한다. 슬라이더(24)와 원통형 부재(12)가 서로 자유연결되어 있기 때문에 원통형부재(12)는 슬라이더(24)의 이동에 의해서 오른쪽으로의 회전모우멘트를 받으므로 기울어지고 식(3)을 만족시킨다. 상기 원통형부재(12)의 경사면, 즉 회전캠(14)의 경사면의 경사각이 증가하면 회전캠(14)와 연결된 피스톤(18)의 행정체적이 증가한다. 결국, 회전캠(14)의 경사면의 경사각은 핀부재(13)가 긴사각형개구(102)의 상부까지 이동함으로써 증가하고, 이에따라 압축체적은 증가된다. 따라서 냉동용량도 증가하는 것이다.

반면에, 전자기밸브(28)의 폐쇄작용에 의해서 개구(311)를 통한 압력챔버(263)와 배출챔버(53)간의 연결이 단락되면, 압력챔버(263)내의 압력이 강하하고, 따라서 플런저(261)는 코일스프링(262)의 장력에 의해서 오른쪽으로 이동하고, 슬라이더(24) 역시 오른쪽으로 이동한다. 그리고 원통형부재(12)는 왼쪽방향의 회전 모우멘트를 받는다. 따라서 원통형부재(12)가 기울어지고, (3)식을 만족시킨다. 원통형부재(12)는, 즉 회전캠의 경사면의 경사각이 작아지면, 회전캠(14)와 연결된 피스톤(18)의 행정체적이 감소한다. 회전캠(14)의 경사면의 경사각은 핀부재(13)가 긴 4각형개구(102)의 하단으로 이동함으로써 작아진다. 따라서 압축체적은 감소하고, 냉동용량도 감소된다.

회전캠(14)의 경사면의 경사각을 일정하게 유지하기 위해서는 압력챔버(263)내의 압력을 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 압력챔버(263)내의 압력을 일정하게 유지하는 것은 전자기밸브(28)에서의 ON-OFF 반복비율을 조정함으로써 이루어진다.

제3도에서는 제1도의 실시예에서 작동기(26)대신 주름통(34)를 설치한 다른 실시예를 도시하고 있다.

상기 주름통(34)은 전자기 밸브(28)를 개재하여 배출챔버(53)에 연결된다. 따라서 전자기밸브(28)의 개방 및 폐쇄작용에 의해 주름통(34)이 수축되거나 부풀려지면 이에 따라 슬라이더(24)가 이동하게 되고, 원통형부재(12)의 경사면의 경사각이 변화하게 된다.

Claims (3)

1. 실린더블럭속의 실린더내에서 왕복운동을 하는 다수의 피스톤과, 상기 피스톤과 회전캠을 연결시키는 피스톤로드를 통해서 상기 피스톤을 왕복운동시키는 회전캠과, 구동축상에 미끄럼가능하게 설치된 슬라이더를 구비하고 구동축의 회전운동을 요동운동으로 변화시키는 원통형부재와, 실린더블럭의 중앙에 위치하고 전자기밸브의 작동에 따라 상기 슬라이더의 위치를 이동시킴으로써 회전캠의 경사각을 변경시키고 이에 따라 피스톤의 행정체적을 변경시키는 작동기와, 핀부재를 삽입시키기 위한 개구를 갖고 있는 원통형부재의 경사진 표면부위상에 형성된 흰지점과, 상기 구동축에 연결된 상기 핀부재를 이동가능하게 위치시키기 위한 긴 4각형개구를 갖고 있는 캠로우터로 이루어진 가변용적메카니즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 회전캠식 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 작동기는 개구를 통해서 배출챔버와 연결된 압력챔버와, 드러스트니이들베어링을 통해서 상기 슬라이더에 연결된 플런저부재, 상기 압력챔버와 배출챔버사이에 있는 개구를 폐쇄 혹은 개방함으로써 상기 압력챔버속으로 가스의 압력이 유동함에 따라 상기 슬라이더를 미끄럼이동시키기 위해 상기 플런저를 작동시키는 밸브 부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전캠식의 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 작동기는 드러스트니이들 베어링을 개재하여 상기 슬라이더에 연결된 주름통과, 상기 주름통의 내부와 상기 배출챔버사이의 개구를 폐쇄 혹은 개방함으로써 상기 주름통속으로 유동하는 가스압에 따라 상기 슬라이더를 미끄럼시키기 위하여 상기 주름통과 상호작용하는 밸브부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전캠식 압축기.

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