KR970003245B1

KR970003245B1 - 가변 용량 기구를 구비한 냉동 압축기

Info

Publication number: KR970003245B1
Application number: KR1019880009503A
Authority: KR
Inventors: 가즈히꼬 다까이
Original assignee: 산덴 가부시끼가이샤; 우시구보 도모아끼
Priority date: 1987-07-28
Filing date: 1988-07-28
Publication date: 1997-03-15
Also published as: US4850811A; JPS6432078A; CA1329578C; EP0301519A3; KR890002550A; EP0301519A2

Abstract

내용없음.

Description

가변 용량 기구를 구비한 냉동 압축기

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동 압축기의 수직 횡단면도.

제2도는 제1도에 도시한 압축기의 경사판에 작용하는 힘의 모멘트를 예시한 부분 횡단면도.

제3도는 압축기의 푸울 다운(Pull down) 단계에서의 흡입 압력의 변화를 도시한 그래프.

제4도는 수용 용량 변화의 정규 제어 단계에서의 흡입 압력의 변화를 보여주는 그래프로서, 점선은 열 부하 증가단계를 진행하는 동안 변화 제어를 나타내고 실선은 열 부하 감소 단계를 진행하는 동안의 용량 변화 제어를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 압축기 21 : 전단부판

22 : 구동축 23 : 크랭크실

24 : 밸브판 25 : 캠로터

26 : 경사판 27 : 요동판

28 : 슬라이더 29 : 활주레일

33 : 흡입실 34 : 배출실

35 : 후단부판 40 : 도관

201 : 실린더블록 202, 213, 271, 272 : 베어링

221 : 핀부재 252, 262 : 아암

253 : 핀 263 : 슬롯

322 : 보올

본 발명은 냉동 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 자동 공기 조화 시스템에 사용하는 적절한 가변용량 기구를 갖춘 요동판형 압축기에 관한 것이다. 필요에 따라 압축비를 제어할 수 있는 용량 조정 기구를 갖춘 요동판 형 피스톤 압축기를 제공하는 것이 바람직한 것으로 인지되어왔다. 요동판 형 피스톤 압축기에 있어서, 압축비의 제어는 미국특허 제4,428,718호에 기술된 바와 같은 밸브 제어 기구의 조작에 따라 경사판의 경사면의 경사각을 변경시킴으로써 달성될 수 있다.

그러나, 일반적으로 공지되어 있는 것뿐만 아니라 이 미국 특허 제 4,428,718호에 기술된 압축기와 밸브 제어기구는 구조상 복잡하고 제조가 어렵고 비용도 많이 든다. 또한 이러한 압축기 및 그에 결합된 제어 기구의 복잡한 특성은 유지비가 많이 드는 경향이 있다. 따라서, 신뢰성에 상당한 문제가 있다.

본 발명의 목적은 경사판 경사면의 조정 경사각이 간단한 구조에 의해 변경될 수 있는 요동판 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 냉동 압축기는 실린더 블록을 갖춘 압축기 하우징을 구비한다. 실린더 블록에는 다수의 실린더와 크랭크실이 제공되어 있다. 피스톤은 각 실린더 내에 미끄럼 가능하게 끼워지고 그리고 구동 기구에 의해 왕복 운동된다. 구동 기구는 요동판, 로터 및 구동축을 구비한다. 구동 축은 로터에 연결되어 로터를 구동시킨다. 경사면을 갖춘 조정 경사판은 요동판에 근접하여 있는 상태로 조정 가능한 경사각으로 로터에 연결된다. 전단부판은 압축기 하우징에 배치된다. 압축기 하우징은 구동축을 회전 가능한 상태로 지지하기 위한 베어링을 구비한다. 후단부판은 밸브판을 통해 압축기 하우징의 맞은 편 단부에 배치되어 흡입실과 배출실을 형성한다. 통로가 크랭크 실과 흡입실 사이를 소통시킨다. 각 실린더 내에 있는 피스톤의 행정은 조정가능한 경사판의 경사각을 조정함에 의해 변경된다. 탄성 요소는 경사판의 경사각을 최소가 되는 방향으로 작용하도록 하여 경사판의 경사각을 조정하도록 한다.

첨부한 도면을 참고로 해서 본 발명은 상세하게 설명된다.

제1도에는, 본 발명의 한 실시예에 따른 냉동 압축기(10)를 도시하였다. 압축기(10)는 실린더 블록(201)에 의해 형성된 폐쇄원통형 하우징 조립체(20), 실린더 블록(201)내의 크랭크실, 전단부판(21) 및 후단부판(35)을 구비한다.

제1도에 도시한 바와 같이, 전단부판(21)은 다수의 볼트(도시하지 않았음)에 의해 크랭크실(23)의 좌측단부에 설치된다. 후단부판(35)과 밸브판(24)은 다수의 볼트(도시하지 않았음)에 의해 실린더 블록상에 설치된다. 베어링(213)을 통해 전단부판(21)에 의해 회전 가능하게 지지된 구동축(22)을 수용하기 위해 전단부판(21)에는 개구(212)가 형성되는데 이 개구(212)내에 베어링(213)이 배치된다. 또한 구동축(22)의 내부 단부 부분은 중앙보어(203)내에 배치된 베어링(202)을 사용하여 실린더 블록(201)에 의해 회전가능하게 지지된다. 중앙보어(203)는 실린더 블록(201)의 중심부에 형성된 공동부이다. 트러스트 니들 베어링(251)은 전단부판(21)의 내부 단부면과 캠로터(25)의 인접 축방향 단부면 사이에 배치된다.

캠로터(25)는 캠로터(25)와 구동축(22)을 관통하는 핀부재(221)에 의해 구동축(22)에 고정된다. 캠로터(25)에는 핀(253)을 갖춘 아암(252)이 제공된다. 경사판(26)은 그 중심부에 형성된 개구(261)를 갖춘다. 구동축(22)에 미끄럼 가능하게 설치된 구형부싱(264)은 형상이 구형 오목형인 개구(261)의 내부 면내에 미끄럼 가능하게 배치된다. 경사판(26)은 핀(253)이 삽입되는 슬롯(263)을 갖춘 아암(262)을 구비한다. 캠로터(25)와 경사판(26)은 핀(253)과 슬롯(263)의 힌지(hinge)형 조인트(60)에 의해 결합된다. 핀(253)은 슬롯(263)내에서 활주할 수 있어서 경사판(26)의 각도 위치가 구동축(22)을 따라 경사판(26)을 이동시킴에 의해 구동축(22)의 길이 방향 축에 대해 변경될 수 있다.

요동판(27)은 베어링(271 및 272)에 의해 경사판(26)상에 회전 가능하게 설치된다. 요동판(27)의 회전은 요동판(27)의 외주 단부에 부착되고 그리고 전단부판(21)과 실린더 블록(201) 사이에 고정된 활주 레일(29)상에 미끄럼가능하게 설치되는 포오크형 슬라이더(28)에 의해 억제된다. 활주 레일(29)상에 슬라이더(28)를 활주시키기 위해, 요동판(27)은 캠로터(25)의 회전도 불구하고 비 회전방식으로 요동한다.

실린더블록(201)은 각 피스톤(31)이 활주하는 다수의 환상 배열 실린더(30)들을 갖춘다. 모든 피스톤(31)은 대응하는 다수의 연결봉(32)에 의해 요동판(27)에 연결된다. 봉(32)의 한단부에 있는 보울(321)은 피스톤(31)의 소켓(311)에 수용되고, 그리고 봉(32)의 다른 단부에에 있는 보울(322)은 요동판(27)의 소켓(273)에 수용된다. 도면에는 단지 하나의 보올 소켓 접속이 도시되어 있지만 각종의 봉(32)의 보울들을 받칠 수 있도록 요동판(27) 주변에 배치된 다수의 소켓들이 있고 그리고 각 피스톤(31)은 봉(32)의 다른 보올을 수용하는 소켓이 형성되어 있다는 것을 이해하여야만 한다.

후단부판(35)은 흡입실(33)과 배출실(34)을 형성하는 형상이다. 밸브 판(24)은 후단부판(35)과 함께 다수의 나사(도시하지 않았음)에 의해 실린더 블록(201)의 단부에 고정되며 이 밸브판(24)에 는 흡입실(33)과 각각의 실린더(30) 사이를 연결하는 다수의 밸브형 흡입포트(24a), 및 배출실(34)과 각각의 실린더(30) 사이를 연결하는 다수의 밸브형 배출포트(24b)가 제공된다. 흡입포트(24a)와 배출포트(24b)를 위한 적정한 리드밸브(reed valve)가 시미즈(shimizu)의 미국 특허 제4,011,029호에 기술되어 있다. 가스켓(241 및 242)은 각각 실린더 블록(201), 밸브판(24)의 내부면 사이에, 그리고 밸브판(24)의 외부면과 후단부판(35) 사이에 배치되어 실린더 블록(201), 밸브판(24) 및 후단부판(35)의 취합면을 밀봉시킨다. 흡입 유입포트(35a)와 배출 유출포트(35b)는 후단부판(35)에 형성되고 그리고 각각 외부 유체 회로에 연결된다.

도관(40)은 밸브판(24)에 형성되고 차례로 실린더 블록(201)에 형성되어 있는 구멍(41)을 통해 크랭크 실(23)과 흡입실(33)을 항상 소통시킨다.

캠로터(25)와 경사판(26) 사이에는 비틀림 코일 스프링(50)이 배치되고 그리고 이것은 핀(253) 주위를 감는다. 비틀림 코일 스프링(50)의 한단부는 경사판(26)의 한단부면에서 접촉하고 그리고 다른 단부는 경사판(26)의 한단부면과 면하는 캠로터(25)의 한단부면과 접촉한다.

냉동 압축기(10)가 조작되는 동안 구동축(22)은 예컨데 자동화 엔진의 외부 동력원에 의해 전자기 클러치(도시하지 않았음)와 같은 회전 전달장치를 사용하여 회전된다. 힌지형 조인트에 의해 결합된 캠로터(25)와 경사판(26)은 구동축(22)과 함께 회전되어 요동판(27)이 비회전 요동 운동을 하도록 한다. 요동판(27)의 회전운동은 요동판(27)의 외주단부에 부착되고 전단부판(21)과 실린더 블록(201) 사이에 고정될 활주 레일(29)상에서 미끄럼가능하게 설치된 포오크형 슬라이더(28)에 의해 억제된다. 요동판(27)이 움직임에 따라, 피스톤(31)은 그들 각각의 실린더(30)의 상태에 의해 왕복운동된다. 피스톤(31)이 왕복운동할 때, 외부 유체회로부터 흡입유입 포트(35a)를 통해 흡입실(33)속으로 유입된 냉동 기체는 흡입 포트(24a)를 통해 각 실린더(30) 속으로 보내져서 압축된다. 압축된 냉동기체는 각 실린더(30)로부터 배출포트(24b)를 배출실(34)에 배출되고, 그리고 그로부터 배출포트(35b)를 통해 외부 유체회로로 보내진다.

제2도에서, 경사판(27)의 경사각을 위한 조정 기구가 다음과 같이 설명된다. 압축행정 중, 각 피스톤(31)을 압박하는 힘(Fi)은 제2도에 도시한 바와 같이 발생한다.

Pi은 다음식으로 나타나진다.

Fi=A(P₂-P₁) (1)

식(1)에 있어서, A는 피스톤(31)의 단면적, P₁은 크랭크실(33)내의 압력, P₂는 실린더(30)내의 압력이다. 또한, 각각 힘(Fi)의 총합, ∑Fi은 제2도에서 도시한 위치 및 방향을 갖는다. 힘∑Fi과 함께, 저항력(F_L및 F_R)은 제2도에 도시한 바와 같이 생성된다. FL의 작용점은 핀(253)과 슬롯(263)의 내벽 사이의 접촉점(P)이다.

그리고 접촉점(P)에 관해 힘의 모멘트의 근사식은 다음과 같다.

(2)

식(2)에서 μ는 구동축(22)과 구형부싱(264)간의 마찰계수이고, h는 x축(구동축(22)의 종축)과 관련한 점 P에서 F_R까지의 L_f는 Y축(x축에 직교)에 대한 점 P에서 ∑Fi까지의 거리이고, L은 P로부터 구동축(22)의 길이방향 축까지의 거리이고, Ds는 구동축(22)의 직경이고, 그리고 M은 비틀림 코일 스프링(50)의 복원력에 의해 생긴 회전력 또는 토오크이다. M의 값은 경사판(26)의 경사각의 변화에 응답하여 변경된다. 즉, 경사판(26)의 경사각이 증가하면서 M의 값은 증가한다. P_R앞에는 (+)표시는 마찰력(P_R)의 방향을 지지한다. (-)표시는 열부하감소 단계 동안에 용량 제어에 사용되고 (+)표시는 열부하증가단계 동안의 용량 제어에 사용된다.

또한 ∑Fi의 작용점과 흡입 압력 사이의 관계는 다음과 같다. 흡압력이 높을 때, ∑Fi의 작용점은 거리(L_f)가 증가하도록 구동축(22)의 길이 방향축쪽으로 이동된다. 역으로, 흡입 압력이 낮을 때는, ∑Fi의 작용점은 거리(L_f)가 감소되도록 구동축(22)의 길이 방향축으로부터 떨어진다. 따라서, 흡입 압력이 높을 때는 증가하고, 흡입압력이 낮을 때는 식(2)의 Pi×L_f이 감소한다. ∑Fi×L_f항의 증가에 따라서, 토오크(M)는 식(2)를 만족시키기 위해 증가한다. 역으로 ∑Fi×L_f이 감소에 따라서, 토오크(M)는 식(2)를 만족시키기 위해 감소한다. 따라서 흡입압력이 높을 때, 증가하고 흡입압력이 낮을 때는 식(2)의 Pi×L_f는 감소한다. 식(2)의 ∑Fi×L_f는 증가하고, 흡입 압력이 낮을 때는 식(2)의 ∑Fi×L_f이 감소한다. ∑Fi×L_f의 증가에 따라서, 토오크(M)는 식(2)를 만족시키기 위해 증가한다. 역으로 ∑Fi×L_f의 감소에 따라서, 토오크(M)는 식(2)를 만족시키기 위해 감소한다. M의 값과 경사판(26) 사이의 관계를 보면, M의 증가는 경사판(26)의 경사각의 증가를 나타내고 M의 감소는 경사판(26)의 경사각의 감소를 나타낸다.

따라서, 경사판(26)의 경사각은 상기 식(2)를 만족시키도록 조정된다. 즉, 경사판(26)의 경사각은 점 P에 관한 모멘트 힘을 평형화시키도록 조정된다.

제3도에서, 압축기 동작을 시작하는 동안, 흡입 압력(Ps)은 열부하요구가 대단히 크기 때문에 대단히 높다. 흡입 압력(Ps)이 대단히 높을 때, 경사판(26)은 상기 언급한 관계에 의해 최대 경사각으로 있다. 최대 경사각위치에서, 열부하 요구는 지속적을 떨어진다. 이에 따라, 흡입 압력(Ps)도 계속 떨어진다. 흡입 압력(Ps)이 제3도에 도시한 점(a)으로 떨어질 때, 즉, 경과시간(t.)에서, ∑Fi의 작용점은 구동축(22)의 길이방향축으로부터 떨어지는 위치로 이동하여 식(2)를 만족시키는 위치에 머무르게 된다. 따라서, 경사판(26)의 경사각은 감소하여 수용용량이 감소되도록 한다. 이때, 흡입 압력(Ps)은 용량의 감소로 인해 점(b)까지 갑자기 소폭으로 상승한다. 그러나, 감소된 수용 용량은 열부하 요구에 충분하고 그리고 흡입압력(Ps)은 점(b)으로부터 서서히 떨어지기 시작한다. 흡입 압력(Ps)이 점(c)으로 떨어질 때, ∑Fi의 작용점은 구동축(22)의 길이 방향축으로부터 더욱더 멀어져서 식(2)를 만족시키는 위치에 머무르게 된다. 따라서, 경사판(26)의 경사각은 보다 더 감소되어 수용 용량은 더욱더 감소된다. 흡입 압력(Ps)은 그 다음 감소된 수용 용량으로 인해 점(d)으로 갑자기 소폭으로 상승한다. 이 감소된 수용 용량 역시 열부하 요구에 충분하고 그리고 흡입 압력(Ps)은 점(d)으로부터 서서히 계속해서 떨어진다. 흡입압력(Ps)이 점(e)으로 떨어질 때, ∑Fi의 작용점은 구동축(22)의 길이방향축으로 더욱더 떨어져서 식(2)를 만족시키는 위치에 머무르게 된다. 따라서, 경사판(26)의 경사각은 더욱 감소하여 수용용량도 역시 더욱 감소된다. 이때, 흡입 압력(Ps)은 감소된 수용 용량으로 인해 점(f)으로 갑자기 소폭으로 상승한다. 그러나, 이 감소된 수용 용량 역시 열부하 요구에 충분하고 흡입 압력(Ps)은 점(f)으로부터 다시 서서히 떨어지기 시작한다. 따라서, 상기 절차는 흡입 압력을 일정하게 유지시키기 위해, 즉, 실내온도를 일정하게 유지시키기 위해 반복되어진다.

제4도에서는 수용 용량의 정규제어 단계가 도시되어 있다. 수용 용량의 정규 제어 단계는 2단계를 갖는다. 단계1은 실선으로 도시한 열 부하 감소 단계 동안의 수용 용량제어이다. 다른 단계는 2는 점선으로 도시한 열부하 증가 단계 동안의 수용 용량제어이다. 열부하 감소단계 동안 용량 제어의 흡입 압력 변화 방식은 상기 기술한 제3도의 점(a)에서 점(f)까지의 단계와 본질적으로 유사하다. 열 부하 증가 단계에서의 용량 제어의 흡입 압력 변화 방식은 다음과 같다. 열 부하 증가 단계 동안의 용량 제어에 있어, 흡입 압력(Ps1)은 감소된 수용 용량이 열부하 요구에 충분하지 않기 때문에 점(g)로 서서히 상승한다. 흡입 압력(Ps1)이 점(g)에 도달할 때, ∑Fi의 작용점은 구동축(22)의 길이 방향쪽으로 이동하여 식(2)를 만족시키는 위치에서 머무르게 된다. 따라서, 경사판(26)의 강사각은 증가하여 수용 용량이 증가되도록 한다. 이때, 증가된 수용 용량으로 인해, 흡입압력(Ps1)은 갑자기 점 (h)으로 소폭으로 떨어진다. 그러나 이 증가된 수용 용량은 열부하 요구에 충분하기 않고 흡입 압력(Ps1)은 점(h)으로부터 서서히 상승하기 시작한다. 흡입압력(Ps1)이 점(i)으로 상승할 때, ∑Fi의 작용점은 구동축(22)의 길이 방향쪽으로 더 이동하여 식(2)을 만족시키는 위치에 머무르게 된다. 따라서, 경사판(26)의 경사각은 더욱 증가하여서 수용 용량도 더 증가되도록 된다. 흡입 압력(Ps1)은 증가된 수용용량으로 인해 갑자기 소폭으로 점(j)으로 다시 떨어진다. 그러나, 이 감소된 수용 용량은 열 부하 요구에 충분하지 않다. 따라서, 흡입 압력(Ps1)은 점(j)으로부터 다시 서서히 상승하기 시작한다. 상기 언급한 공궁방식은 흡입 압력을 일정하게 유지시키도록, 즉, 실내 온도를 일정하게 유지시키도록 반복한다.

수용 용량의 정규 제어 단계가 진행되는 동안, 열 부하증가 단계에서의 용량 제어를 하는 동안 일정하게 유지되는 흡입 압력(Ps1)과 열 부하 감소 단계에서의 용량 제어를 하는 동안 일정하게 유지되는 흡입 압력(Ps1)과 열 부하 감소 단계에서의 용량 제어를 하는 동안 일정하게 유지되는 흡입 압력(Ps2)사이에는 압력차(pdiff)가 존재한다. 이 압력차(psiff)는 구동축(22)과 구형 부싱(264) 사이에 마찰에 의해 생긴 자기이력(hysteresis)으로 인한 것이다. 이 마찰은 식(2)의 ±μFR에 의해 표시된다. 자기 이력의 크기는 주로 식(2)에 나타낸 μ의 함수로서 그의 위치는 힌지형 조인트(60)에 존재한다. 따라서, 압력차(Pdiff)는 압축기는 설치되었을 때 압축기가 조인트(60)를 적절히 선택하여 위치시킴으로써 배제될 수 있다.

아울러, 용량 조절의 정규 조절단에서의 흡입 압력의 값고 용량 조절의 민감도 역시 압축기가 설계되었을 때 식(2)의 각 도면의 값을 적절히 선택함으로써 결정되어진다.

본 발명은 바람직한 실시예에 관련하여 상세하게 기술하였다. 그러나, 이 실시예에서는 단지 일예에는 해당하는 것이지 본 발명은 여기에 국한되지 않는다. 당업자로서는 본 발명의 범위내에서 첨부한 특허청구의 범위에서 한정한 바와 같이 다양한 변형, 변경예가 쉽게 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이라 본다.

Claims

다수의 실린더(30)가 제공되어 있는 실린더 블록(201)과 이 실린더 블록(201)과 내에 크랭크(23)실을 갖춘 압축기 하우징(20), 상기 각 실린더(30) 내에 미끄럼 가능하게 끼워져서 요동판(27), 로터(25) 및 이 로터(25)를 구동시키기 위해 상기 로터(25)에 연결된 구동축(22)을 구비한 구동 기구에 의해 왕복 운동하는 피스톤(31), 상기 요동판(27)에 접하여 상기 로터(25)에 연결되어 있는 경사면을 가진 경사각을 조정할 수 있는 조정경사판(26), 상기 구동축(22)을 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링(213)을 구비한 상기 압축기 하우징(20)상에 배치된 전단부판(35), 밸브 판(24)을 통해 상기 압축기 하우징(20)의 한쪽 맞은 편단부에 배치되어 흡입실(33)과 배출실(34)을 형성하는 후단부판(35), 상기 크랭크실(23)로부터 상기 흡입실(33)까지 소통하는 통로(40, 41)로 구성되고 상기 실린더(30)내의 상기 피스톤(31)의 행정이 상기 조정 경사판(26)의 경사각을 조정함으로써 변경되어질 수 있는 냉동 압축기(10)에 있어서, 상기 조정 경사판(26)의 경사각을 조정하기 위해 상기 조정 경사판을 경사각이 최소가 되는 방향으로 탄성적으로 압박하는 탄성수단(50)을 포함하며, 상기 탄성수단(50)의 복원력은 상기 조정 경사판의 경사각이 최대가 되는 방향으로 압박하는 모멘트와 균형을 유지하며, 상기 로터(25)와 조정 경사판(26)은 핀(253)과 슬롯(263)으로 구성된 힌지식 조인트에 의해 접속되며, 상기 탄성수단(50)은 상기 핀(253)과 상기 로터(25) 둘레에 감기고 상기 로터(25)와 상기 조정 경사판(26) 사이에 배치되는 비틀림 코일 스프링인 것을 특징으로 하는 용량 가변형 냉동 압축기.
제1항에 있어서, 상기 비틀림 코일 스프링은 힌지식 조인트와 관련된 모멘트와 균형을 맞출 수 있는 스프링 상수 M을 갖는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 냉동 압축기.