KR960009853B1 - 가변용적 기구를 지니는 사판식(斜版式)압축기 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

가변용적 기구를 지니는 사판식(斜版式)압축기

제1도는 본 발명의 제1실시예를 도시한 사판식 냉동압축기의 수직 종단면도

제2도는 제1도의 밸브 조절기구의 부분 확대 단면도

제3도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 사판식 냉동압축기의 수직 종단면도

제4도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 사판식 냉동압축기의 수직 종단면도

제5도는 증발기 출구와 압축기 흡입실 사이의 압력손실과 흡입유량과의 관계를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기19 : 벨브 조절기구

20 : 하우징 조립체21 : 실린더 블럭

25 : 밸브판26 : 구동축

40 : 캠로터50 : 경사판

60 : 위블 플레이트(Wobble plate)70 : 실린더실

본 발명은 냉동 압축기에 관한 것으로서, 특히 자동차 공기조화 시스템에 사용하기 적합한 가변 용적기구를 가진 워블 플레이트식(Wobble plate type)압축기와 같은 사판식압축기에 관한 것이다.

수요에 따라 압축비를 조절하여 용적 또는 용량을 조절하는 기구를 사판식 피스톤 압축기에 제공하는 것이 바람직하다.

미합중국 특허 제 4,428,718호에 기재된 바와같이 압축비는 밸브조절기구의 작동에 따라 경사판의 경사면의 경사각을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 그 경사판의 경사각은 압축기를 포함한 외부회로의 증발기의 열부하의 변화나 압축기 회전속도의 변화에 따라서 일정한 흡입압력이 유지되도록 조절된다.

공기조화 시스템에서 파이프부재를 개재하여 증발기 출구와 압축기 흡입실이 연결된다. 따라서, 그 증발기 출구와 압축기 흡입실 사이에서 제5도에 도시된 바와같이 흡입유량에 비례하여 압력손실이 발생한다. 그 결과 증발기의 열부하나 압축기의 회전속도의 적당한 변화에 따라 압축기의 용량이 일정한 흡입실 압력을 유지하도록 조절될때 증발기 출구의 압력은 증가한다.

이러한 증발기 출구압력의 증가로 인해 증발기의 열교환능력이 떨어지게 되어 바람직하지 못한 결과를 초래한다.

위의 미합중국 특허 제 4,428,718호에는 이러한 문제를 제거하기위한 밸브 조절기구가 기재되어 있다. 그 밸브 조절기구는 흡입압력과 배기압력 양자에 따라 반응하는데, 압축기의 크랭크실로의 흡입유량과 배기유량을 조절함으로써 압축기의 용적을 조절한다. 압축기의 용적변화를 위한 조절위치는 용적 조절수단에 의해서 증발기 출구압력을 거의 일정하게 유지하도록 이동된다. 이 밸브 조절기구는 압축기의 배기압력이 유입유량에 비례한다는 점을 이용한 것이다.

그러나, 위의 밸브 조절기구는 다수의 부품으로 된 단일의 이동성 밸브부재를 사용하여 배기실과 크랭크 케이스실 사이의 유량 및 크랭크 케이스실과 흡입실 사이의 유량 양자를 조절한다. 따라서, 각 부품의 제작과 이와같이 많은 부품의 조절기구 조립에는 밸브 조절기구가 적절히 작동되도록 하기위해 높은 정밀도가 요구된다. 또한 증발기의 열부하 또는 압축기의 회전속도가 급속히 변화할때 밸브 조절기구의 작동과 압축기를 포함한 외부회로의 반응사이의 작용까지의 시간 지연으로 인해 배기실 압력이 증가하고 과잉의 배기가스가 배기실로부터 밸브 조절기구의 통로를 통하여 크랭크실로 유입된다. 그 과잉의 배기가스가 유입됨으로 인하여 압축기의 압축 효율이 감소되고 압축기 내부부품의 내구성이 떨어진다.

본 발명은 위에 설명한 미합중국 특허 제 4,428,718호에 기재된 것과같은 종래의 밸브 조절기구의 단점을 제거하기 위해 배기압력과 흡입유량 사이의 관계를 이용하여 사판식 압축기의 가변 용적 조절기구를 개량한 것이다. 즉 본 발명은 단순한 물리적 구조를 제공하면서 배기압력에 반응하여 밸브 조절요소에 직접 작용하도록 함으로써 구조의 복잡성 뿐만 아니라 과잉배기 유량 및 늦은 반응 시간에 관한 문제점을 해결 할 수 있다.

위의 미합중국 특허 제 4,428,718호에는 워블 플레이트식 압축기에 사용되는 용량 조절기구가 기재되어 있다. 이러한 종류의 압축기에 있어서 전형적인 바와같이 워블 플레이트가 구동축에 대해 경사지게 배치되어 회전하지는 않지만 요동하면서 구동원에 피스톤을 구동가능하게 연결시킨다. 그러나, 크랭크 실과 흡입실 사이에 선택적으로 유체를 통하게 하는 형태의 용량 조절기구는 구동기구에 경사판이나 경사면을 이용하는 형태의 압축기에는 어떤 형태에도 사용될 수 있다. 예를들면 미합중국 특허 제4,664,604호에는 스워스플레이트형(swash platetype)에 사용되는 이러한 형태의 용량 조절기구가 기재되어 있다. 그 스워스 플레이트는 워블 플레이트와 같이 경사지게 배치되며 피스톤을 구동원에 구동가능하게 연결시킨다. 그러나, 단지 워블 플레이트는 요동만 하지만 스워스 플레이트는 요동도 하고 회전도 한다. 따라서 구동기구에 경사판이나 경사면을 사용하는 것이면 워블 플레이트나 스워쉬 플레이트형을 포함하는 어떤 형태의 압축기에도 사판식 압축기란 용어가 사용된다.

본 발명의 목적은 직접 반응하는 단순한 구조의 조절기구로 증발기 출구압력을 일정하게 유지하도록, 압축기의 용량이 조절될때 증발기 출구의 압력증가를 보상하는 용량 조절기구를 지니는 사판식 피스톤 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 의한 사판식 압축기는 일단에 전단판과 타단에 후단판을 가지는 압축기 하우징을 포함한다. 크랭크실과 실린더 블럭은 하우징내에 위치하며, 다수의 실린더 블럭내에 형성된다. 피스톤은 각 실린더내에 미끄럼운동 가능하게 끼워 맞춰져서 구동기구에 의해 왕복운동을 한다. 그 구동기구는 구동축과, 그 구동축에 회전가능하게 연결된 구동로터와, 그 구동로터의 회전 운동을 피스톤의 왕복운동으로 변환하도록 구동로터를 피스톤에 구동가능하게 연결시키는 카폴링 기구를 포함한다. 그 카플링 기구는 구동축에 대해 경사각을 이루는 표면을 지니는 부재를 포함한다. 그 부재의 경사각은 왕복피스톤의 행정길이를 변화시켜 압축기의 용량이나 용적을 변화시키도록 조절된다. 위의 후단판은 흡입실과 배기실을 에워싼다. 통로는 크랭크실과 흡입실 사이에 유로를 제공한다. 경사각 조절장치가 압축기에 지지되어 압축기의 압력조건에 반응하여 카플링 기구의 경사각을 변화시킨다.

밸브 조절기구는 통로를 개폐시키는 밸브요소와, 그 밸브 요소에 힘을 가함으로써 배기실의 압력변화에 반응하여 밸브요소의 조절위치를 이동시키는 밸브 이동요소를 구비한다.

기타 본 발명의 다른목적, 특징, 관점들은 도면을 참조하여 설명되는 본 발명의 양호한 실시예를 통하여 쉽게 이해할 수 있다.

제1도에 본 발명의 한 실시예에 의해 사판식 압축기, 특히 워블 플레이트식 냉동용 압축기(10)가 도시된다. 압축기(10)는 원통 하우징 조립체(20)를 구비하는데, 이는 실린더 블럭(21), 그 일단의 전단판(23), 그 실린더 블럭(21)과 전단판(23)사이에 형성된 크랭크실(22), 및 실린더 블럭의 타단에 부착된 후단판(24)을 구비한다. 전단판(23)은 다수의 볼트(101)에 의해 크랭크실(22)의 앞쪽(제1도의 좌측)실린더 블럭(21)에 설치되며, 후단판(24)은 그 반대측 단부에서 다수의 볼트(102)에 의해 실린더블럭(21)에 설치된다. 밸브판(25)은 후단판(24)과 실린더 블럭(21)사이에 위치한다. 개구(231)는 그안에 설치되는 베어링(30)에 의해 구동축(26)을 지지하기 위해 전단판(23)중앙에 형성된다. 구동축(26)의 내측단부는 실린더 블럭(21)의 중앙부보어(210)내에 설치된 베어링(31)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 보어(210)은 아래와 같이 밸브조절기구(19)를 설치하기위해 실린더 블럭(21)의 후단표면까지 형성된다.

캠로터(40)는 핀부재(261)에 의해 구동축(26)에 고정되어 그 구동축(26)과함께 회전한다. 전단판(23)의 내측단부표면과 캠로터(40)의 인접축방향 단부표면사이에 스러스트니들베어링(32)이 설치된다. 캠로터(40)는 연장하여 핀부재(42)를 지니는 암(41)을 구비한다. 경사판(50)은 캠로터(40)에 인접하며, 구동축(26)이 통과하는 개구(53)를 지닌다. 경사판(50)은 슬로트(52)를 지니는 암(51)를 구비한다. 캠로터(40)와 경사판(50)은 핀부재(42)에 의해 연결되며, 그 핀부재(42)는 슬로트(52)내에 삽입되어 힌지 연결부를 형성한다. 그 핀부재(42)는 구동축(26)의 종축에 대해 경사판(50)의 각 위치를 조절할 수 있도록 슬로트(52)내에서 미끄럼 운동이 가능하다.

워블 플레이트(60)는 베어링(61)(62)을 개재하여 경사판(50)상에 회전가능하게 설치된다. 포크형상의 슬라이더(63)는 워블 플레이트(60)의 외주단부에 부착되며, 전단판(23)과 실린더블럭(21)사이에 지지된 슬라이딩 레일(64)상에 미끄럼운동가능하게 설치된다. 그 슬라이더(63)는 워블 플레이트(60)의 회전을 방지하고 그 워블 플레이트(60)는 캠로터(40)의 회전시 레일(64)를 따라 요동한다. 실린더블럭(21)은 외주에 배치되고 안에서 피스톤(71)이 왕복운동하는 다수의 실린더실(70)을 구비한다. 각 피스톤(71)은 각각의 연결봉(72)에 의해 워블 플레이트(60)에 연결된다.

후단판(424)은 그 외주에 환형 흡입실(241)을 구비하며 중앙부에는 배기실(251)을 지닌다. 밸브판(25)은 실린더블럭(21)과 후단판(24)사이에 위치하며, 흡입실(241)과 각 실린더(70)를 연결시키는 밸브가 있는 다수의 흡입구(242)를 지닌다. 또한, 밸브판(25)은 배기실(251)과 각 실린더(70)을 연결시키는 밸브가 있는 다수의 배기구(252)를 구비한다. 그 흡입구(242)와 배기구(252)에는 미합중국 특허 제 4,011,029호에 기재된 것과 같은 적당란 리드(reed)밸브가 제공된다.

흡입실(241)은 외부냉각회로(도시안됨)의 증발기에 연결된 입구부분(241a)를 지닌다. 배기실(251)에는 그 냉각회로의 응축기에 연결된 출구부분(251)이 제공된다.

실린더블럭(21)과 밸브판(25)의 내부표면사이 및 밸브판(25)의 외부표면과 후단판(24)사이에는 가스켓(27)(28)이 각각 설치되어 그 실린더블럭(21)과 밸브판(25) 및 후단판(24)의 접촉면을 밀봉시킨다.

또한, 제2도에서 밸브조절기구(19)는 안에 밸브실(182)을 형성하는 컵형상이 케이싱부재(191)를 구비한다. 그 케이싱부재(191)의 외부표면과 보어(21)의 내부표면사이에 0링(19a)이 설치되어 케이싱부재(191)와 실린더블럭(21)의 접촉면을 밀봉시킨다. 케이싱부재(191)의 폐쇄단부(제1도 및 제2도의 좌측)에는 베어링(31)과 실린더블럭(21)사이에 존재하는 틈새(31a)를 통하여 밸브실(192)로 크랭크실 압력을 전달하는 다수의 구멍(19b)이 형성된다. 크랭크실 압력에 따라 종방향으로 수축-팽창을 하는 벨로우즈(193)가 밸브실(192)에 설치된다. 그 벨로우즈(193)의 전방(제1도 및 제2도의 좌측)에 부착된 돌출부재(193b)는 케이싱부재(191)의 폐쇄단부 중앙에 형성된 축방향 돌출부(19c)에 고정된다. 밸브부재(193a)는 벨로우즈(193)의 후방(제1도 및 제2도의 우측)단부에 부착된다.

밸브시이트(seat)(194a)를 구비하는 실린더부재(194)는 밸브판(25), 가스켓(27)(28), 흡입밸브부재(271) 및 배기밸브부재(281)를 구비한 밸브판조립체(200)의 중앙을 관통한다. 밸브시이트(194a)는 실린더부재(194)의 전방단부에 형성되고 케이싱부재(19)의 개방단부에 고정된다. 너트(100)가 배기실(251)내에 위치한 실린더부재(194)의 후방단부로 부터 실린더부재(194)에 나사체결되어 실린더부재(194)를 밸브리테이너(retainer)(253)과 함께 밸브판조립체(200)에 고정시킨다. 밸브부재(193a)를 수용하는 원추형상의 개구(194b)는 밸브시이트(194a)에 형성되고 실린더부재(194)에 축방항으로 형성된 실린더(194c)에 연결된다. 작동봉(195)이 미끄럼 운동가능하게 실린더(194c)내에 설치되고 약간 실린더(194c)의 후방단부로부터 돌출하며, 스프링(196)을 통해 밸브부재(193a)에 연결된다. 0링(194)은 실린더(194c)의 내부 표면과 작동봉(195)의 외부표면사이에 제공되어 실린더(194c)와 작동봉(195)의 접촉면을 밀폐시킨다.

반경방향구멍(151)이 밸브시이트(194a)에 형성되어 원추형상의 개구(194b)를 실린더블럭(21)에 형성된 도관(152)의 한 개방 단부에 연결시킨다. 그 도관(152)은 공동(cavity)(152a)를 지니며, 또한 밸브판조립체(200)에 형성된 구멍(153)을 통해 흡입실(242)에 연결된다. 통로(150)는 크랭실(22)과 흡입실(241)을 통하게 하는데, 이는 틈새(31a), 보어(210), 구멍(19b), 밸브실(192), 원추형상의 개구(194b), 반경방향구멍(151), 도관(152) 및 구멍(153)을 조합하여 얻어진다.

결국 통로(150)의 개폐는 크랭크실압력에 반응하는 벨로우즈의 수축, 팽창에 의해 조절된다.

압축기(10)의 작동중 구동축(26)은 전자클러치(300)를 통해 차량의 엔진에 의해서 회전된다. 캠로터(40)는 구동축(26)과 함께 회전하며, 경사판(50)을 회전시키는것은 물론, 워블 플레이트(60)를 요동시킨다. 그 워블 플레이트(60)의 요동운동으로인하여 각 실린더(70)내에서는 피스톤(71)이 왕복운동을 한다. 피스톤(71)이 왕복운동을 하면 입구부분(241a)를 통해 흡입실(241)로 유입된 냉매가스는 흡입구(242)를 통해 각 실린더(70)로 흘러들어가 압축된다. 그 압축 냉매가스는 각 실린더(70)로부터 배기구(252)를 통해 배기실(251)로 배출되고 출구부분(251a)를 통해 그 배기실로부터 냉각회로로 흐른다.

압축기(10)의 용량은 증발기의 열부하 또는 압축기의 회전속도의 변화에 반응하여 흡입실(241)의 압력을 일정하게 유지하도록 조절된다. 크랭크실 압력에 의존하는 경사판의 각도를 변화시킴으로써 압축기의 용량이 조절된다. 크랭크실압력이 증가하면 경사판 및 워블 플레이트의 경사각이 감소하여 압축기의 용량이 감소한다. 크랭크실 압력의 감소는 경사판 및 워블 플레이트의 경사각을 증가시키고 압축기의 용량을 증가시킨다.

본 발명의 밸브조절기구의 목적은 다음과 같이하여 압축기의 용량조절시 증발기의 출구압력을 일정하게 유지하는 것이다. 즉, 작동봉(195)이 스프링(196)을 통해 벨로우즈(193)를 수축하는 방향으로 밸브부재(195)를 밀면, 스프링(195)이 벨로우즈(193)의 밸브부재(193a)에 작동봉(195)로부터의 힘을 부드럽게 전달한다. 그 작동봉(195)은 배기실(251)에서 받는 배기압력에 따라 이동된다. 따라서, 배기실(251)의 배기압력이 증가하면 벨로우즈(193)쪽으로 작동봉(195)이 이동되어 벨로우즈(193)가 더욱 수축된다. 결국, 용적을 변화시키기위한 압축기의 조절위치가 이동되어 증발기출구부분의 압력이 일정하게 유지된다. 즉, 밸브조절기구는 압축기의 배기압력이 흡입유량에 거의 직접적으로 비례한다는 사실을 이동한 것이다. 작동봉(195)이 압력변화에 직접 반응하여 움직이고 벨로우즈(196)(조절밸브요소)에 직접 힘을 가하기 때문에 벨로우즈(193)가 작동하는 조절위치가 배기압력변화에 직접 반응하여 이동된다.

제3도에는 본 발명의 제2실시예가 도시되는데, 여기서도 제1도 및 제2도에서와 같은 부재에는 같은 부호가 사용된다. 제2실시예에서는 밸브조절기구(19)가 설치되는 공동(220)은 실린더블럭(21)의 중앙부분에 형성되며 구동축(26)을 회전가능하게 지지하는 보어(210)로부터 분리된다. 구멍(19b)은 밸브실(192)을 공동(220)의 전방단부에 제공된 공간(221)에 밸브부재(192)를 연결시킨다. 구멍(153)을 통해 공간(221)을 흡입실(242)에 연결시키는 도관(162)은 실린더블럭(21)내에 형성되어 흡입실 압력을 공간(221)으로 전달한다. 크랭크실(22)을 반경방향구멍(151)에 연결시키는 도관(163)도 실린더블럭(21)내에 형성된다. 크랭크실(22)과 흡입실(241)을 통하게하는 통로(160)는 도관(163), 반경방향구멍(151), 원추형상 개구(194b), 밸브부재(192), 구멍(19b), 공간(221), 도관(162) 및 구멍(153)에 의해서 형성된다. 결국, 통로(160)의 개폐는 흡입실 압력에 따르는 벨로우즈(193)의 수축·팽창에 의해서 조절된다.

제4도에는 본 발명의 제3실시예가 도시되는데, 여기서도 제1도 및 제2도에서와 같은 부재에는 같은 부호가 사용된다. 제3실시예에서는 밸브조절기구이 설치되는 공동이 구동축의 축에서 반경방향으로 떨어진 위치의 실린더블럭(21)에 형성된다. 즉, 밸브조절기구를 수용하는 공통(230)이 구동축(26)의 축으로 부터 반경방향으로 벗어난 위치의 실린더블럭(21)에 형성된다. 도관(171)은 크랭크실 압력을 구멍(19b)을 개재하여 밸브실(192)에 전달하도록 실린더블럭(21)에 형성된다.

제2도 및 제3실시예의 밸브조절기구의 작동은 제1실시예에서와 거의 같으므로 그 설명은 생략한다.

본 발명의 위의 양호한 실시예를 통해 설명되었지만, 이 실시예는 단지 예에 불과할뿐 본 발명의 여기에만 한정되는 것은 아니며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위내에서 용이하게 다양한 변화를 가할 수 있다.

Claims (12)

1. 중앙부분과 일단에는 전단판 및 타단에는 후단판을 지니며 다수의 실린더가 제공된 실린더 블럭과 그 실린더블럭에 인접하여 크랭크실을 지니는 압축기 하우징을 구비하며, 그 각 실린더내에 미끄럼 운동가능하게 삽입된 피스톤을 구비하고, 위의 압축기 하우징내에 회전가능하게 지지된 구동축과 그 구동축에 함께 회전가능하게 연결된 로터와 그 로터의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 변환시키도록 피스톤에 로터를 연결시키는 카플링 수단을 지니며 피스톤을 실린더 내에서 왕복운동시키도록 피스톤에 연결된 구동기구를 구비하며, 위의 카플링수단이 피스톤의 행정길이와 압축기의 용량을 변화시키도록 조절가능한 구동축에 대한 경사각을 갖고 배치된 표면을 갖는 부재를 지니며, 위의 후단판이 흡입실과 배기실 및 그 사이를 연결하는 통로와 그 통로의 개폐를 조절하여 경사각을 조절함으로써 압축기의 용량을 변화시키는 밸브조절 수단을 지니는 사판식 냉동압축기에 있어서, 상기 밸브조절수단이 상기 통로를 개폐시키는 밸브 요소와, 그 밸브요소에 힘을 가하여 배기압력의 변화에 따라 밸브요소의 조절위치를 이동시키도록 밸브요소에 연결된 밸브이동 요소를 구비하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
2. 제1항에 있어서, 밸브요소가 종방향으로, 수축·팽창하는 벨로우즈와 그 벨로우즈의 일단에 부착된 밸브부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
3. 제2항에 있어서, 밸브이동요소가, 상기 밸브요소의 밸브부재에 인접하는 제1단부와 제2단부를 지니는 실린더부재와, 일단표면에서의 배기압력을 받음에 따라 밸브요소의 밸브부재를 종방향으로 이동시키도록 실린더내에 미끄럼 운동가능하게 설치된 작동봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
4. 제3항에 있어서, 실린더부재의 제2단부가 배기실내에 위치하고 작동봉의 일단부 표면이 실린더 부재의 제2단부에 배치된 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
5. 제3항에 있어서, 밸브요소의 밸브부재와 작동봉의 타단부 사이에 배치된 탄성부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
6. 제5항에 있어서, 탄성부재가 바이어스 스프링인 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
7. 제1항에 있어서, 밸브조절수단이 흡입실 압력의 변화에 따라 통로의 개폐를 조절하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
8. 제1항에 있어서, 밸브조절수단이 크랭크실 압력 변화에 따라 통로의 개폐를 조절하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
9. 제1항에 있어서, 밸브이동 요소의 표면이 배기실 유체에 의해서 작용을 받는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
10. 제9항에 있어서, 배기실에 유체압력이 증가하면 밸브요소 쪽으로 미끄러져 밸브요소에 연결된 제1단부가 밸브요소에 힘을 가하고, 제2단부가 배기실 유체에 의해서 작동되는 표면을 지니는 전길이를 따라서 미끄럼 운동가능한 봉이 밸브 이동요소에 제공되는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
11. 제10항에 있어서, 봉의 제2단부가 배기실내에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.
12. 제10항에 있어서, 밸브요소가 종방향으로 수축·팽창하는 벨로우즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 사판식 냉동 압축기.

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