WO2010016685A2

WO2010016685A2 - 로터리 압축기

Info

Publication number: WO2010016685A2
Application number: PCT/KR2009/004258
Authority: WO
Inventors: 변상명; 김상모
Original assignee: (주)엘지전자
Priority date: 2008-08-05
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2010-02-11
Also published as: US8517702B2; CN102132045A; KR101442549B1; WO2010016685A3; KR20100017009A; US20110176949A1

Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 로터리 압축기는, 베인챔버에 연결되는 연결구멍의 내경과 그 연결구멍에 삽입되는 연결튜브의 외경을 규정하여 상기 연결구멍에 연결튜브가 긴밀하게 밀착되도록 함으로써, 냉매가 연결구멍과 연결튜브 사이로 누설되는 것을 방지하여 베인의 모드전환이 신속하고 정확하게 이루어지도록 할 수 있고 이를 통해 압축기의 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 베인의 떨림으로 인한 소음을 미연에 방지할 수 있다.

Description

로터리 압축기

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 운전모드를 전환하기 위한 모드전환유닛과 챔버 사이의 실링력을 높일 수 있는 로터리 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉매 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다. 상기 냉매 압축기는 일정한 속도로 구동되는 등속형 압축기 또는 회전 속도가 제어되는 인버터형 압축기가 소개되고 있다.

상기 냉매 압축기는 통상 전동기인 구동모터와 그 구동모터에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 상기 구동모터가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다. 그리고 상기 냉매 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식 등으로 구분될 수 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하는 롤링피스톤과 그 롤링피스톤의 외주면에 접하여 상기 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식이다. 근래에는 부하의 변화에 따라 압축기의 냉동용량을 가변할 수 있는 용량 가변형 로터리 압축기가 소개되고 있다. 압축기의 냉동용량을 가변하기 위한 기술로는 인버터 모터를 적용하는 기술과, 압축되는 냉매의 일부를 실린더의 외부로 바이패스시켜 압축실의 용적을 가변시키는 기술이 알려져 있다. 하지만, 인버터 모터를 적용하는 경우에는 그 인버터 모터를 구동하기 위한 드라이버의 가격이 통상 정속모터의 드라이버에 비해 10배 정도로 매우 비싸 압축기의 생산원가를 높이게 되는 반면, 냉매를 바이패스시키는 경우에는 배관시스템이 복잡하게 되어 냉매의 유동 저항이 증가됨에 따라 압축기의 효율이 저하되는 단점이 있다.

이를 감안하여, 적어도 한 개 이상의 실린더를 구비하고 그 중 적어도 한 개의 실린더는 공회전을 할 수 있도록 구비하는 모듈레이션 방식의 용량 가변 압축기가 소개되고 있다. 상기와 같은 모듈레이션 방식이 적용된 용량 가변 로터리 압축기는 베인을 구속하는 방식에 따라 전압식과 후압식으로 구분할 수 있다. 예컨대, 전압식은 흡입구로 토출압을 공급하여 베인이 압축공간의 압력에 의해 후방으로 밀려 구속되도록 하는 것이고, 후압식은 베인의 후방측에 흡입압 또는 토출압의 배압력을 제공하여 베인이 선택적으로 구속되도록 하는 것이다. 본 발명은 후압식이 적용된 모듈레이션 방식의 용량 가변형 로터리 압축기(이하, 로터리 압축기로 약칭함)에 적용되는 것이다.

상기와 같은 종래의 로터리 압축기에서는, 상기 베인의 후방측에 배압력을 제공하기 위해 모드전환유닛을 연결할 때 그 모드전환유닛의 연결관과 베인의 후방측 사이에는 연결튜브가 사용된다. 하지만, 상기 연결튜브의 직경과 그 연결튜브가 삽입되는 구멍의 직경이 적절하게 설정되지 못한 경우 냉매의 누설이 발생될 수 있다. 예컨대, 상기 연결튜브와 구멍 사이에 틈새가 큰 경우에는 그 틈새를 통해 냉매가 누설될 수 있고, 반대로 상기 연결튜브와 구멍 사이가 지나치게 밀착되는 경우에는 상기 연결튜브의 압입시 상대적으로 경도가 낮은 연결튜브가 긁히거나 찌그러져 냉매가 누설될 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 로터리 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 연결튜브와 그 연결튜브가 삽입되는 구멍 사이의 틈새를 최적화하여 냉매가 누설되는 것을 효과적으로 차단할 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 밀폐용기의 내부공간에 설치되고, 냉매를 압축하기 위한 압축공간을 가지며, 상기 밀폐용기의 내부공간과 분리되도록 챔버가 형성되는 적어도 한 개 이상의 실린더; 상기 실린더의 압축공간과 챔버를 복개하도록 상하 양측에 결합되는 복수 개의 베어링들; 상기 실린더의 압축공간에서 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 적어도 한 개의 롤링피스톤; 상기 실린더에 미끄러지게 결합되어 상기 롤링피스톤과 함께 상기 압축공간을 흡입실과 토출실로 구분하고 적어도 어느 한 개는 상기 실린더의 챔버에 채워지는 냉매에 의해 지지되는 적어도 한 개의 베인; 및 상기 실린더의 챔버에 흡입압 또는 토출압의 냉매를 선택적으로 공급하여 압축기의 운전모드를 가변하는 모드전환유닛;을 포함하고, 상기 실린더 또는 어느 한 개의 베어링에는 상기 챔버가 모드전환유닛과 연통되도록 연결구멍이 형성되고, 그 연결구멍에 상기 모드전환유닛의 연결관이 연결되도록 연결튜브가 삽입되며, 상기 연결튜브의 외경이 상기 연결구멍의 내경보다 크게 형성되는 로터리 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 연결튜브의 외경에서 상기 연결구멍의 내경을 뺀 값(A)이 대략 0.02mm ≤ A ≤ 0.15mm의 범위에서 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 연결구멍의 입구단 모서리에는 상기 연결튜브의 삽입방향으로 그 내경이 확대되도록 확장부가 형성될 수 있다.

그리고 상기 연결튜브의 삽입단은 그 끝단방향으로 외경이 작아지도록 안내부가 형성될 수 있다.

그리고 상기 안내부의 경사각 대비 확장부의 경사각 비율(B)은 0.2 ≤ B ≤ 2.5의 범위에서 형성될 수 있다.

그리고 상기 연결튜브는 상기 모드전환유닛과 연결되는 연결관과 동일한 재질로 형성될 수 있다.

상기 연결튜브는 상기 모드전환유닛과 연결되는 쪽이 대경부를 이루는 반면 상기 실린더의 연결구멍에 삽입되는 쪽이 소경부를 이루도록 형성

상기 연결튜브는 대경부와 소경부가 일체로 형성되거나 또는 서로 다른 직경을 가지는 복수 개의 튜브가 조립되어 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 로터리 압축기는, 베인챔버에 연결되는 연결구멍의 내경과 그 연결구멍에 삽입되는 연결튜브의 외경을 규정하여 상기 연결구멍에 연결튜브가 긴밀하게 밀착되도록 함으로써, 냉매가 연결구멍과 연결튜브 사이로 누설되는 것을 방지하여 베인의 모드전환이 신속하고 정확하게 이루어지도록 할 수 있고 이를 통해 압축기의 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 베인의 떨림으로 인한 소음을 미연에 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 포함한 냉동사이클을 개략적으로 보인 계통도,

도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기를 베인을 중심으로 종단면하여 내부를 보인 종단면도,

도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기를 흡입구를 중심으로 종단면하여 내부를 보인 종단면도,

도 4는 도 1에 따른 로터리 압축기의 압축부를 파단하여 보인 사시도,

도 5는 도 1에 따른 로터리 압축기에서 공용측 연결관을 연결하기 위한 연결구멍과 연결튜브를 보인 횡단면도,

도 6은 도 5에 따른 로터리 압축기에서 연결구멍과 연결튜브가 조립된 상태를 확대하여 보인 횡단면도,

도 7은 도 6에 따른 연결구멍과 연결튜브 사이의 관계를 확대하여 보인 종단면도,

도 8은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 제2 베인을 구속하기 위한 구속유로를 설명하기 위한 것으로, 도 4의 Ⅰ-Ⅰ선단면도,

도 9 및 도 10은 도 1에 따른 로터리 압축기의 파워운전모드를 보인 종단면도 및 횡단면도,

도 11 및 도 12는 도 1에 따른 로터리 압축기의 세이빙운전모드를 보인 종단면도 및 횡단면도,

도 13은 본 발명의 로터리 압축기에서 연결튜브의 외경에서 연결구멍의 내경을 뺀 값을 변경하면서 압축기의 성능 변화를 살펴본 그래프.

본 발명의 로터리 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기(1)는, 응축기(2), 팽창변(3), 그리고 증발기(4)로 이어지는 폐루프 냉동사이클의 일부를 이루도록 상기 증발기(4)의 출구측에 흡입측이 연결되는 동시에 상기 응축기(2)의 입구측에 토출측이 연결된다. 그리고 상기 증발기(4)의 출구측과 압축기(1)의 입구측 사이에는 상기 증발기(4)에서 압축기(1)로 전달되는 냉매에서 가스냉매와 액냉매를 분리할 수 있도록 어큐뮬레이터(5)가 연결된다.

상기 압축기(1)는 도 2에서와 같이 밀폐된 케이싱(100)의 내부공간 상측에 구동력을 발생하는 전동부(200)가 설치되고, 상기 케이싱(100)의 내부공간 하측에는 상기 전동부(200)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)가 설치된다. 그리고 상기 케이싱(100)의 외부에는 상기 제2 압축부(400)가 필요에 따라 공회전을 하도록 압축기의 운전모드를 전환하는 모드전환유닛(500)이 설치된다.

상기 케이싱(100)은 그 내부공간이 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 또는 제1 압축부(300)에서 토출되는 냉매에 의해 토출압의 상태를 유지하고, 상기 케이싱(100)의 하반부 주면에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)의 사이로 냉매가 흡입되도록 한 개의 가스흡입관(140)이 연결되며, 상기 케이싱(100)의 상단에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서 압축되어 토출된 냉매가 냉동시스템으로 전달되도록 한 개의 가스토출관(150)이 연결된다.

상기 전동부(200)는 상기 케이싱(100)의 내주면에 고정되는 고정자(210)와, 상기 고정자(210)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)에 열박음 되어 함께 회전을 하는 회전축(230)으로 이루어진다. 상기 전동부(200)는 정속모터일 수도 있고 인버터모터일 수도 있다. 하지만, 비용을 고려하면 상기 전동부(200)는 정속모터를 이용하면서도 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 중에서 어느 한 쪽을 필요시 공회전시켜 압축기의 운전모드를 가변할 수 있다.

그리고 상기 회전축(230)은 회전자(220)에 결합되는 축부(231)와, 그 축부(231)의 하단부에 좌우 양측으로 편심지게 형성되는 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)로 이루어진다. 상기 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)는 대략 180°의 위상차를 두고 대칭되게 형성되고 후술할 제1 롤링피스톤(340)과 제2 롤링피스톤(430)이 각각 회전 가능하게 결합된다.

상기 제1 압축부(300)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100)의 내부에 설치되는 제1 실린더(310)와, 상기 회전축(230)의 제1 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(320)과, 상기 제1 실린더(310)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되어 그 일측의 실링면이 상기 제1 롤링피스톤(320)의 외주면에 접촉되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)을 제1 흡입실과 제1 토출실로 각각 구획하는 제1 베인(330)과, 상기 제1 베인(330)의 후방측을 탄력 지지하도록 압축스프링으로 된 베인스프링(340)을 포함한다. 그리고 미설명 부호인 350은 제1 토출밸브이고, 360은 제1 머플러이다.

상기 제2 압축부(400)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100) 내부에서 상기 제1 실린더(310) 하측에 설치되는 제2 실린더(410)와, 상기 회전축(230)의 제2 편심부(233)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(420)과, 상기 제2 실린더(410)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되고 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에 접촉되어 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)이 제2 흡입실과 제2 토출실로 각각 구획되거나 또는 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에서 이격되어 상기 제2 흡입실과 제2 토출실이 서로 연통되도록 하는 제2 베인(430)을 포함한다. 그리고 미설명 부호인 440은 제2 토출밸브이고, 450은 제2 머플러이다.

여기서, 상기 제1 실린더(310)의 상측에는 상부베어링플레이트(이하,상부베어링)(110)가 복개되고, 상기 제2 실린더(410)의 하측에는 하부베어링플레이트(이하, 하부베어링)(120)가 복개되며, 상기 제1 실린더(310)의 하측과 제2 실린더(410)의 상측 사이에는 중간베어링플레이트(이하, 중간베어링)(130)가 개재되어 함께 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 형성하면서 상기 회전축(230)을 축방향으로 지지하게 된다.

도 3 및 도 4에서와 같이, 상기 상부베어링(110)과 하부베어링(120)은 원판모양으로 형성되고, 그 각각의 중앙에는 상기 회전축(230)의 축부(231)가 반경방향으로 지지되도록 축구멍(111)(121)을 갖는 축수부(112)(122)가 돌출 형성된다. 그리고 상기 중간베어링(130)은 상기 회전축(230)의 편심부가 관통하는 정도의 내경을 가지는 환형으로 형성되고, 그 일측에는 상기 가스흡입관(140)이 후술할 제1 흡입구(312)와 제2 흡입구(412)에 연통되도록 하는 연통유로(131)가 형성된다.

상기 중간베어링(130)의 연통유로(131)는 상기 가스흡입관(140)과 연통되도록 반경방향으로 형성되는 수평로(132)와, 상기 수평로(132)의 끝단에는 상기 제1 흡입구(312)와 제2 흡입구(412)가 상기 수평로(132)와 연통되도록 축방향으로 관통되는 수직로(133)로 이루어진다. 상기 수평로(132)는 중간베어링(130)의 외주면에서 내주면을 향해 일정 깊이, 즉 완전히 내주면으로 관통되지 않는 깊이까지 홈파기 형성된다.

상기 제1 실린더(310)는 제1 압축공간(V1)을 이루는 내주면의 일측에 상기 제1 베인(330)이 직선 왕복운동을 하도록 제1 베인슬롯(311)이 형성되고, 상기 제1 베인슬롯(311)의 일측에는 냉매를 제1 압축공간(V1)으로 유도하는 제1 흡입구(312)가 형성되며, 상기 제1 베인슬롯(311)의 타측에는 냉매를 상기 제2 머플러(360)의 내부공간으로 토출하는 제1 토출안내홈(미도시)이 상기 제1 흡입구(312)와 반대쪽 모서리에서 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제2 실린더(410)는 제2 압축공간(V2)을 이루는 내주면의 일측에 상기 제2 베인(430)이 직선 왕복운동을 하도록 제2 베인슬롯(411)이 형성되고, 상기 제2 베인슬롯(411)의 일측에는 냉매를 제2 압축공간(V2)으로 유도하는 제2 흡입구(412)가 형성되며, 상기 제2 베인슬롯(411)의 타측에는 냉매를 상기 제2 머플러(450)의 내부공간으로 토출하는 제2 토출안내홈(미도시)이 상기 제2 흡입구(412)와 반대쪽 모서리에서 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제1 흡입구(312)는 상기 중간베어링(130)의 수직로(133)의 상측 끝단에 접하는 제1 실린더(310)의 하면 모서리에서 상기 제1 실린더(310)의 내주면을 향하도록 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제2 흡입구(412)는 상기 중간베어링(130)의 수직로(133)의 하측 끝단에 접하는 상기 제2 실린더(410)의 상면 모서리에서 상기 제2 실린더(410)의 내주면을 향하도록 모따기하여 경사지게 형성된다.

여기서, 상기 제2 베인슬롯(411)은 상기 제2 베인(430)이 직선으로 왕복운동을 하도록 반경방향으로 소정의 깊이만큼 절개하여 형성되고, 상기 제2 베인슬롯(411)의 후방측, 즉 외곽측 끝단측에는 후술할 공용측 연결관(530)과 연통되도록 베인챔버(413)가 형성된다.

상기 베인챔버(413)는 그 상면과 하면에 접하는 중간베어링(130)과 하부베어링(120)에 의해 상기 케이싱(100)의 내부공간과 분리되도록 밀봉되고, 상기 제2 베인(430)이 완전히 후진하여 상기 제2 베인슬롯(411)의 안쪽에 수납되더라도 그 제2 베인(430)의 후면이 상기 공용측 연결관(530)을 통해 공급되는 냉매에 대해 가압면을 이룰 수 있도록 소정의 내부체적을 갖게 형성된다.

그리고 도 5 내지 도 7에서와 같이, 상기 베인챔버(413)의 일측, 즉 상기 제2 실린더(410)의 중앙에서 외주면쪽으로는 후술할 공용측 연결관(530)과 연통되도록 연결구멍(416)이 형성되고, 상기 연결구멍(416)에는 상기 베인챔버(413)와 공용측 연결관(530)을 연결하기 위한 연결튜브(531)가 삽입되어 결합된다.

상기 연결구멍(416)은 진원형으로 형성되고, 그 바깥쪽 모서리, 즉 상기 연결튜브(531)가 삽입되는 쪽의 모서리에는 상기 연결튜브(531)가 용이하게 삽입될 수 있도록 바깥쪽으로 갈수록 직경이 확대되는 확장부(416a)가 형성된다. 상기 확장부(416a)는 도면에서와 같이 경사지게 형성될 수도 있으나 경우에 따라서는 곡면지게 형성될 수도 있다.

상기 연결튜브(531)는 공용측 연결관(530)과 용접 결합되므로 그 공용측 연결관(530)과 동일한 재질로 형성되는 것이 바람직할 수 있고, 그 공용측 연결관(530)과 연결되는 쪽이 대경부를 이루는 반면 상기 제2 실린더(410)의 연결구멍(416)에 삽입되는 쪽이 소경부를 이루도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 연결튜브(531)는 대경부와 소경부가 일체로 형성될 수도 있으나, 서로 다른 직경을 가지는 복수 개의 튜브가 조립되어 형성될 수도 있다. 그리고, 상기 연결튜브(531)는 그 끝단, 즉 상기 연결구멍(416)에 삽입되는 쪽 끝단은 삽입방향으로 갈수록 그 외경이 좁아지도록 안내부(531a)가 형성된다. 상기 안내부(531a)는 도면에서와 같이 경사지게 형성될 수도 있으나, 경우에 따라서는 곡면지게 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 연결튜브(531)의 안내부(531a)는 그 경사각(α)을 상기 연결구멍의 확장부 경사각(β)으로 나눈 비율(B)이 대략 0.2보다는 크거나 같고 2.5보다는 작거나 같게 형성되는 것이 상기 연결튜브(531)의 원활한 압입을 위해 바람직하다.

그리고, 상기 연결구멍(416)의 내주면과 연결튜브(531)의 외주면은 서로 밀착되도록 하는 것이 상기 베인챔버(413)로부터 냉매가 누설되는 것을 최소한으로 줄일 수 있으나, 상기 연결튜브(531)의 외경(소경부 외경)(d2)이 상기 연결구멍(416)의 내경(d1)보다 너무 크면 상기 연결튜브(531)의 압입시 그 연결튜브(531)가 긁히거나 변형될 수 있으므로 상기 연결구멍(416)과 연결튜브(531)는 적정한 크기로 형성되어야 변형없이 긴밀하게 밀착될 수 있다.

이를 위해, 상기 연결구멍(416)과 연결튜브(531) 사이의 틈새(A), 즉 상기 연결튜브의 외경(d2)에서 연결구멍의 내경(d1)을 뺀 차이가 대략 0.02mm보다는 크거나 같고 0.15mm보다는 작거나 같은 크기로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 제2 베인(430)은 그 실링면(431)이 압축기의 운전모드에 따라 상기 제2 롤링피스톤(420)과 접하거나 또는 이격되도록 그 가압면(432)이 상기 베인챔버(413)에 채워지는 흡입압의 냉매 또는 토출압의 냉매에 의해 지지되므로, 상기 제2 베인(430)이 압축기의 어떤 운전모드, 즉 세이빙모드에서 상기 제2 베인슬롯(411)의 안쪽에서 구속되어야 그 제2 베인(430)의 떨림에 의한 압축기 소음이나 효율저하를 미연에 방지할 수 있다. 이를 위해 도 8에서와 같은 케이싱의 내부압력을 이용한 제2 베인의 구속방법이 제안될 수 있다.

예컨대, 상기 제2 실린더(410)에는 제2 베인(430)의 운동방향에 대해 직교하거나 또는 적어도 엇갈림각을 갖는 방향으로 고압측 베인구속유로(이하, '제1 구속유로'라고도 한다)(414)가 형성된다. 상기 제1 구속유로(414)는 상기 케이싱(100)의 내부와 제2 베인슬롯(411)이 연통되도록 하여 그 케이싱(100)의 내부공간에 채워진 토출압의 냉매가 상기 제2 베인(430)을 반대쪽 베인슬롯면으로 밀어내 구속되도록 한다. 그리고, 상기 제1 구속유로(414)의 맞은편에는 상기 제2 베인슬롯(411)과 제2 흡입구(412)가 연통되는 저압측 베인구속유로(이하, '제2 구속유로'라고도 한다)(415)가 형성될 수 있다. 상기 제2 구속유로(415)는 상기 제1 구속유로(414)와 압력차가 유발되면서 상기 제1 구속유로(414)를 통해 유입되는 토출압의 냉매가 상기 제2 구속유로(415)로 빠져나가면서 상기 제2 베인(430)이 신속하게 구속되도록 하는 역할을 할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에서와 같이 상기 모드전환유닛(500)은 그 일단이 상기 가스흡입관(140)에서 분관되는 저압측 연결관(510)과, 상기 케이싱(100)의 내부공간에 그 일단이 연결되는 고압측 연결관(520)과, 상기 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)에 연결되는 연결튜브(531)에 그 일단이 연결되어 상기 저압측 연결관(510)과 고압측 연결관(520)에 선택적으로 연통되는 공용측 연결관(530)과, 상기 공용측 연결관(530)을 통해 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)에 연결되는 제1 모드전환밸브(540)와, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 연결되어 그 제1 모드전환밸브(540)의 개폐동작을 제어하는 제2 모드전환밸브(550)로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기의 기본적인 압축과정은 다음과 같다.

즉, 상기 전동부(200)의 고정자(210)에 전원을 인가하여 상기 회전자(220)가 회전하면, 상기 회전축(230)이 상기 회전자(220)와 함께 회전하면서 상기 전동부(200)의 회전력을 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에 전달하고, 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서는 각각 제1 롤링피스톤(320)과 제2 롤링피스톤(420)이 상기 각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)에서 편심 회전운동을 하며, 상기 제1 베인(330)과 제2 베인(430)이 상기 제1 및 제2 롤링피스톤(320)(420)과 함께 180°의 위상차를 가지는 압축공간들(V1)(V2)을 각각 형성하면서 냉매를 압축하게 된다.

예컨대, 상기 제1 압축공간(V1)이 흡입행정을 시작하면, 냉매가 어큐뮬레이터(5)와 흡입관(140)을 통해 상기 중간베어링(130)의 연통유로(131)로 유입되고, 이 냉매는 상기 제1 실린더(310)의 제1 흡입구(312)를 통해 제1 압축공간(V1)으로 흡입되어 압축된다. 그리고, 상기 제1 압축공간(V1)이 압축행정을 진행하는 동안에 그 제1 압축공간(V1)과 180°의 위상차를 가지는 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)은 흡입행정을 시작하게 된다. 이때, 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입구(412)가 상기 연통유로(131)와 연통되면서 냉매가 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입구(412)를 통해 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되어 압축된다.

한편, 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기에서 용량이 가변되는 과정은 다음과 같다.

즉, 상기 압축기 또는 이를 적용한 에어콘이 파워운전을 하는 경우에는, 도 9 및 도 10에서와 같이 상기 제1 모드전환밸브(540)에 전원이 인가되어 상기 저압측 연결관(510)은 차단되는 반면 상기 고압측 연결관(520)이 공용측 연결관(530)과 연결된다. 이에 따라 상기 케이싱(100) 내부의 고압 가스가 고압측 연결관(520)을 통해 상기 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)로 공급됨으로써 상기 제2 베인(430)이 베인챔버(413)의 내부에 채워진 고압의 냉매에 밀려 상기 제2 롤링피스톤(420)에 압접된 상태를 유지하면서 상기 제2 압축공간(V2)으로 유입되는 냉매가스를 정상적으로 압축하여 토출시키게 된다.

이때, 상기 제2 실린더(410)에 구비된 제1 구속유로(414)로 고압의 냉매가스 또는 오일이 공급되어 상기 제2 베인(430)의 일측면을 가세하게 되나, 이 제1 구속유로(414)의 단면적이 제2 베인슬롯(411)의 단면적보다 좁게 형성됨에 따라 측면에서의 가압력이 상기 베인챔버(413)에서의 전후방향 가압력보다 작게 되어 상기 제2 베인(430)을 구속하지 못하게 된다. 따라서, 상기 제2 베인(430)이 제2 롤링피스톤(420)에 압접되어 상기 제2 압축공간(V2)을 흡입실과 토출실로 구획하면서 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되는 냉매 전체를 압축하여 토출하게 된다. 이로써 압축기 또는 이를 적용한 에어콘은 100% 운전을 하게 된다.

반면, 상기 압축기 또는 이를 적용한 에어콘이 기동할 때와 같이 세이빙운전을 하는 경우에는 도 11 및 도 12에서와 같이, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 전원이 오프되어 파워운전때와는 반대로 상기 저압측 연결관(510)과 공용측 연결관(530)이 연통되고, 상기 제2 실린더(410)로 흡입되는 저압의 냉매가스 일부가 상기 베인챔버(413)로 유입된다. 이에 따라 상기 제2 베인(430)이 제2 압축공간(V2)에서 압축되는 냉매에 밀려 제2 베인슬롯(411)의 안쪽으로 수납되면서 제2 압축공간(V2)의 흡입실과 토출실이 연통되어 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되는 냉매가스는 압축되지 못하도록 한다.

이때, 상기 제2 실린더(410)에 구비되는 제1 구속유로(414)에 의해 상기 제2 베인(430)의 일측면에 가세되는 압력과 상기 제2 구속유로(415)에 의해 상기 제2 베인(430)의 타측면에 가세되는 압력 사이에는 큰 압력차가 발생함에 따라 상기 제1 구속유로(414)를 통해 가세되는 압력이 제2 구속유로(415)쪽으로 이동하려는 경향이 발생되면서 상기 제2 베인(430)의 떨림현상 없이 신속하면서도 확실하게 구속할 수 있게 된다. 아울러, 상기 베인챔버(413)의 압력이 토출압에서 흡입압으로 전환되는 시점에서는 그 베인챔버(413)에 토출압이 잔류하여 일종의 중간압(Pm)을 형성하게 되나, 이 베인챔버(413)의 중간압(Pm)이 그보다 압력이 낮은 제2 구속유로(415)를 통해 누설됨에 따라 상기 베인챔버(413)의 압력이 신속하게 흡입압(Ps)으로 전환되면서 상기 제2 베인(430)의 떨림 현상을 더욱 신속하게 방지할 수 있게 되고 이를 통해 상기 제2 베인(430)이 신속하면서도 효과적으로 구속된다. 따라서, 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간이 한 개의 공간으로 연통됨에 따라 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간으로 흡입되는 냉매 전체가 압축되지 않고 상기 제2 롤링피스톤의 궤적을 따라 이동하게 되고, 이 냉매의 일부는 압력차에 의해 상기 연통유로(131)와 제1 흡입구(312)를 통해 상기 제1 압축공간(V1)으로 이동하게 되어 상기 제2 압축부(400)는 일을 하지 않게 된다. 이로써 압축기 또는 이를 적용한 에어콘은 제1 압축부의 용량만큼만 운전을 하게 된다. 그리고 이 과정에서 상기 제2 압축공간(V2)의 냉매가 어큐뮬레이터(5)로 역류하지 않고 제1 압축공간(V1)으로 이동함에 따라 어큐뮬레이터(5)의 과열을 방지하여 흡입손실을 줄일 수 있다.

여기서, 상기 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)에 상기 공용측 연결관(530)을 연결하기 위해 연결튜브(531)를 상기 제2 실린더(410)의 연결구멍(416)에 압입할 때 상기 연결구멍(416)에 연결튜브(531)를 압입하고, 그 연결튜브(531)에 상기 공용측 연결관(530)을 삽입하여 용접 결합하게 되나, 도 7에서와 같이 상기 연결튜브(531)의 외경(d2)이 상기 연결구멍(416)의 내경(d1)에 대해 적절한 크기로 형성됨에 따라 상기 연결튜브(531)를 연결구멍(416)에 압입할 때 상기 연결튜브(531)가 긁히거나 변형되지 않고 긴밀하게 밀착되도록 하여 상기 베인챔버(413)로 흡입되는 냉매가 상기 연결구멍(416)과 연결튜브(531) 사이로 누설되는 것을 미연에 방지하고 이를 통해 로터리 압축기의 성능을 향상시킬 수 있다. 도 13는 본 실시예에서와 같이 상기 연결튜브(531)의 외경(d2)에서 상기 연결구멍(416)의 내경(d1)을 뺀 값을 변경하면서 압축기의 성능 변화를 살펴본 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이 d2-d1의 값이 0.02 ~ 0.15의 범위에서 압축기의 성능이 3~5% 향상되는 것을 알 수 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 상기 연결구멍은 제2 실린더 외에 제1 실린더 또는 하부베어링이나 중간베어링 또는 상부베어링 등에 형성될 수도 있고, 이 경우에도 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다.

본 실시예에서는 복식 로터리 압축기에 적용한 것이나, 본 발명은 베인챔버를 가지는 단식 로터리 압축기에서도 적용될 수 있다. 또, 본 발명의 로터리 압축기는 에어콘과 같은 냉매압축식 냉동사이클이 적용되는 냉동기계에 널리 이용될 수 있다.

Claims

밀폐용기의 내부공간에 설치되고, 냉매를 압축하기 위한 압축공간을 가지며, 상기 밀폐용기의 내부공간과 분리되도록 챔버가 형성되는 적어도 한 개 이상의 실린더;

상기 실린더의 압축공간과 챔버를 복개하도록 상하 양측에 결합되는 복수 개의 베어링들;

상기 실린더의 압축공간에서 선회운동을 하면서 냉매를 압축하는 적어도 한 개의 롤링피스톤;

상기 실린더에 미끄러지게 결합되어 상기 롤링피스톤과 함께 상기 압축공간을 흡입실과 토출실로 구분하고 적어도 어느 한 개는 상기 실린더의 챔버에 채워지는 냉매에 의해 지지되는 적어도 한 개의 베인; 및

상기 실린더의 챔버에 흡입압 또는 토출압의 냉매를 선택적으로 공급하여 압축기의 운전모드를 가변하는 모드전환유닛;을 포함하고,

상기 실린더 또는 어느 한 개의 베어링에는 상기 챔버가 모드전환유닛과 연통되도록 연결구멍이 형성되고, 그 연결구멍에 상기 모드전환유닛의 연결관이 연결되도록 연결튜브가 삽입되며, 상기 연결튜브의 외경이 상기 연결구멍의 내경보다 크게 형성되는 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 연결튜브의 외경에서 상기 연결구멍의 내경을 뺀 값(A)이 대략 0.02mm ≤ A ≤ 0.15mm의 범위에서 형성되는 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 연결구멍의 입구단 모서리에는 상기 연결튜브의 삽입방향으로 그 내경이 확대되도록 확장부가 형성되는 로터리 압축기.
제3항에 있어서,

상기 연결튜브의 삽입단은 그 끝단방향으로 외경이 작아지도록 안내부가 형성되는 로터리 압축기.
제4항에 있어서,

상기 안내부의 경사각 대비 확장부의 경사각 비율(B)은 0.2 ≤ B ≤ 2.5의 범위에서 형성되는 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 연결튜브는 상기 모드전환유닛과 연결되는 연결관과 동일한 재질로 형성되는 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 연결튜브는 상기 모드전환유닛과 연결되는 쪽이 대경부를 이루는 반면 상기 실린더의 연결구멍에 삽입되는 쪽이 소경부를 이루도록 형성되는 로터리 압축기.
제7항에 있어서,

상기 연결튜브는 대경부와 소경부가 일체로 형성되는 로터리 압축기.
제7항에 있어서,

상기 연결튜브는 서로 다른 직경을 가지는 복수 개의 튜브가 조립되어 형성되는 로터리 압축기.