KR100565358B1 - 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치 및 그 운전 방법에 관한 것으로, 냉매흡입관을 연통 설치하는 케이싱의 내부에 설치하여 구동력을 발생하는 한 개의 동력발생부와; 동력발생부의 회전축에 각각 결합하여 상기 동력발생부의 회전운동을 직선운동으로 변환하면서 냉매를 흡입 압축하는 복수 개의 압축부와; 각 압축부의 흡입측을 냉동사이클의 증발기에 각각 연결하는 동시에 각 압축부의 토출측을 냉동사이클의 응축기에 각각 연결하고, 그 중 한 쪽 압축부의 토출측은 분관하여 다른 쪽 압축부의 흡입측에 연결하며, 압축기의 운전모드에 따라 냉매의 유동방향을 절환하면서 냉동능력을 가변하는 연결부;를 포함함으로써, 정회전만을 하면서도 압축기의 용량을 가변할 수 있을 뿐만 아니라 압축부가 역회전을 하지 않음에 따라 윤활이나 부품의 신뢰성을 높일 수 있고, 직렬 연결시 냉매를 2단 압축함에 따라 세이빙 운전시 압축기 효율을 크게 높일 수 있다.
Description
도 1은 종래 이중용량 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 2는 종래 이중용량 왕복동식 압축기에서 행정가변부를 보인 횡단면도,
도 3은 종래 이중용량 압축기의 래칭기구가 동작되는 것을 보인 동작상태도,
도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명 왕복동식 압축기에서 용량 가변 상태를 보인 개략도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
110 : 케이싱 111 : 냉매흡입관
112 : 냉매토출관 120 : 동력발생부
130,140 : 제1,제2 압축부 131,141 : 제1,제2 실린더블록
132,142 : 제1,제2 슬리브 133,143 : 제1,제2 케넥팅로드
134,144 : 제1,제2 밸브조립체 135,145 : 제1,제2 흡입소음기
150 : 연결부 151,152 : 제1,제2 토출연결관
153,154 : 제1,제2 흡입연결관 155 : 재압축연결관
156,157 : 제1,제2 절환밸브
본 발명은 왕복동식 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 배관을 이용하여 용량을 가변할 수 있도록 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
일반적으로 왕복동식 압축기는 커넥팅로드에 의해 크랭크축에 연결된 피스톤이 실린더에서 왕복운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 토출하는 것으로, 최근에는 냉동부하의 크기에 따라 압축용량을 조절할 수 있도록 하는 이중용량 왕복동식 압축기(이하, "이중용량 압축기"라고 약칭함)가 소개되고 있다. 이중용량 왕복동식 압축기는 크랭크축의 회전방향에 따라 피스톤의 행정거리가 변하면서 압축용량이 달라지는 것으로, 도 1은 종래 이중용량 압축기를 보인 종단면도이고 도 2는 종래 이중용량 왕복동식 압축기에서 행정가변부를 보인 횡단면도이며 도 3은 종래 이중용량 압축기의 래칭기구가 동작되는 것을 보인 동작상태도이다.
이에 도시한 바와 같이, 종래의 이중용량 압축기는 용기(11)의 하부에 위치하여 요구되는 동력을 발생 및 전달하는 동력발생부(20)와, 상기 동력발생부(20) 상부에 위치하며 공급된 동력을 이용하여 작동유체의 압축을 수행하는 압축부(30)와, 동력발생부(20)와 압축부(30)를 연결하며 작동중 압축부(30)의 압축용량을 변화시키는 행정가변부(40)로 구성하고 있다. 또, 용기(11)는 그 내부에 상기 동력발생부(20)와 압축부(30) 등을 설치하는 프레임(12)을 상기 용기에 부착된 다수개의 지지부재(예를 들어, 스프링)(14)에 의해 탄성적으로 지지하고, 냉매흡입관(13) 및 냉매토출관(15)은 각각 상기 용기(11)의 내부에 연통하도록 소정 위치에 설치하고 있다.
압축부(30)는 용기(11)의 내부에 횡방향으로 배치하고 그 일 측에 압축공간을 반경방향으로 형성하는 실린더블록(31)과, 후술할 편심슬리브(42)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 동력발생부(20)의 회전운동을 후술할 피스톤(33)의 왕복운동으로 변환하는 커넥팅로드(32)와, 커넥팅로드(32)의 타단에 결합하여 실린더블록(31)의 압축공간 내부에서 왕복운동을 하는 피스톤(33)과, 실린더블록(31)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 밸브조립체(34)와, 소정의 토출공간을 구비하여 밸브조립체(34)에 고정하는 토출커버(35)와, 밸브조립체(34)의 흡입측에 연통하도록 토출커버(35)에 결합하는 흡입소음기(36)와, 토출커버(35)를 통해 밸브조립체(34)의 토출측에 연통하도록 실린더블록(31)에 장착하는 토출소음기(37)로 이루어져 있다.
행정가변부(40)는 동력발생부(20)의 회전자(22) 중심에 결합하는 회전축(23)의 상단에 형성하는 편심부(41)와, 편심부(41)의 외주면과 상기한 커넥팅로드(32) 사이에 회전 가능하게 장착하는 편심슬리브(42)로 이루어져 있다.
편심슬리브(42)는 도 2에서와 같이 제1편심부(42a)와 제2편심부(42b)로 이루어지는데, 제1편심부(42a)와 제2편심부(42b)가 형성하는 내부원(상기 편심부(3)가 위치되는 원)은 편심슬리브(42) 자체의 중심에서 편심되어 있다. 여기서, 편심슬리브(42)의 내부원이 상기 제2편심부(42b)로 치우쳐 형성되어 평면도로 볼 때 상기 제1 편심부(42a)는 그 외주면에서 내부원까지의 거리가 상대적으로 크고, 제2편심부(42b)는 상대적으로 작게 형성된다. 이와 같은 편심슬리브(42)는 상기 편심부(41)의 중심을 회전중심으로 한다.
또, 편심슬리브(42)는 회전축(23)의 편심부(41)와 커넥팅로드(32)의 내주면 사이에 위치하는데, 편심부(41)와 편심슬리브(42)가 접촉되는 부분 일측에는 편심부(41)의 외주연과 편심슬리브(42)의 제1편심부(42a)의 내주연을 따라 소정 길이만큼 완충홈(42b,42c)을 형성하고, 완충홈(42b,42c)을 관통하여 상기 편심부(41)와 편심슬리브(42)사이의 일정 이상의 상대회전을 방지하는 래칭핀(43)을 설치하고 있다.
도면중 미설명 부호인 21은 고정자이다.
상기와 같은 종래 이중 압축기는 다음과 같이 동작한다.
즉, 회전축(23)의 편심부(41)의 중심에 대해 회전하는 편심슬리브(42)에 의해 피스톤(33)의 행정거리가 조절되면서 냉동부하가 크게 요구되는 경우에는 회전축(23)을 도 3을 기준으로 시계방향으로 회전시키는 반면 냉동부하가 작게 요구될 때는 회전축(23)을 반시계방향으로 회전시킨다. 예컨대, 도 3의 A,B는 대용량의 경우 회전축(23)을 시계방향으로 회전시켰을 때를 나타내는 것으로, A는 피스톤(33)이 상사점에 있는 경우이고, B는 피스톤(33)이 하사점 에 있는 경우이다. 이 경우 편심량이 최대이기 때문에 행정거리(L)가 최대로 되어 압축기는 100%의 냉동능력(파워운전)을 발휘한다.
그리고 도 3의 C,D는 소용량의 경우 회전축(23)을 반시계방향으로 회전시켰 을 때를 나타내는 것으로, C는 피스톤(33)이 하사점에 있는 경우이고, D는 피스톤(33)이 상사점에 있는 경우이다. 이 경우 편심량이 최소이기 때문이 행정거리(L')가 최소로 되어 압축기는 대략 60%의 냉동능력(세이빙운전)을 발휘한다. 이때, 래칭핀(43)은 상기 회전축(23)의 회전방향이 바뀔 때마다, 상기 완충홈(42b,42c)내에서 상기 편심부(41)와 편심슬리브(42)의 상대적인 회전에 따라 그 위치가 변경되면서 상기 편심부(41)와 편심슬리브(42) 사이의 상대위치를 고정하게 되는 것이었다.
그러나, 상기와 같은 종래 이중 압축기에 있어서는, 세이빙운전시 가변용량을 확대하기 어려울 뿐만 아니라 역회전 모드시 모터의 효율을 확보하기가 난해하다는 문제점이 있었다. 또, 역회전 모드시 베어링의 윤활이 원활하지 않을 뿐만 아니라 편심슬리브(42)를 지지하는 래칭핀(43)의 신뢰성 확보도 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 이중 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 정회전만으로 압축기의 용량을 가변할 수 있을 뿐만 아니라 윤활이나 부품의 신뢰성을 높일 수 있고 세이빙운전시 효율을 높일 수 있는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치 및 그 운전 방법을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매흡입관을 연통 설치하는 케이싱의 내부에 설치하여 구동력을 발생하는 한 개의 동력발생부와; 동력발생부의 회전축에 각각 결합하여 상기 동력발생부의 회전운동을 직선운동으로 변환하면서 냉매를 흡 입 압축하는 복수 개의 압축부와; 각 압축부의 흡입측을 냉동사이클의 증발기에 각각 연결하는 동시에 각 압축부의 토출측을 냉동사이클의 응축기에 각각 연결하고, 그 중 한 쪽 압축부의 토출측은 분관하여 다른 쪽 압축부의 흡입측에 연결하며, 압축기의 운전모드에 따라 냉매의 유동방향을 절환하면서 냉동능력을 가변하는 연결부;를 포함한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.
또, 연결부는 제1 압축부의 토출측을 냉동사이클의 응축기에 연결한 냉매토출관과 연결하는 제1 토출연결관과, 제2 압축부의 토출측을 상기 냉매토출관의 중간에 연결하는 제2 토출연결관과, 제2 압축부의 흡입측에 연결하는 제1 흡입연결관과, 케이싱의 내부와 연통하여 상기 제1 흡입연결관에 연결하는 제2 흡입연결관과, 제1 토출연결관에서 분관하여 제1 흡입연결관에 연결하는 재압축연결관과, 제1 토출연결관과 냉매토출관 그리고 재압축연결관의 접점 위치에 설치하여 제1 압축부에서 토출되는 냉매의 유동방향을 절환하는 제1 절환밸브와, 제1 흡입연결관과 제2 흡입연결관 그리고 재압축연결관의 접점 위치에 설치하여 제2 압축부로 흡입되는 냉매를 결정하는 제2 절환밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.
또, 앞에서 압축기의 파워 운전시에는 제1 절환밸브는 제1 토출연결관이 냉매토출관에 연통되도록 조절하고 제2 절환밸브는 제2 흡입연결관이 제1 흡입연결관에 연결되도록 조절함으로써 각 압축부에서 냉매를 독립적으로 흡입 압축하도록 하는 반면, 압축기의 세이빙 운전시에는 제1 절환밸브는 제1 토출연결관이 재압축연결관에 연통되도록 조절하고 제2 절환밸브는 제1 흡입연결관이 재압축연결관에 연 통되도록 조절함으로써 제1 압축부에서 1단 압축된 냉매가 제2 압축부로 재흡입되어 2단 압축되도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명 왕복동식 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 5a 및 도 5b는 본 발명 왕복동식 압축기에서 용량 가변 상태를 보인 개략도이다.
이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 왕복동식 압축기는, 케이싱(110)의 내측 하부에 설치하여 외부에서 공급하는 전원에 의해 회전력을 발생하는 동력발생부(120)와, 동력발생부(120)의 상측에 상하로 설치하여 그 동력발생부(120)의 회전력을 전달받아 냉매를 독립적으로 압축하거나 순차적으로 압축하는 복수 개의 압축부(130)(140)와, 냉매를 각각의 압축부(130)(140)로 병렬 공급하여 각각 압축되도록 하거나 직렬 공급하여 순차적으로 압축되도록 하는 연결부(150)로 구성한다.
동력발생부(120)는 케이싱(110)의 내부에 탄력 설치하는 고정자(121)와, 고정자(121)의 안쪽에 회전 가능하게 설치하는 회전자(122)와, 회전자(122)의 중심에 고정 결합하여 회전력을 압축부(130)(140)에 전달하는 회전축(123)으로 이루어진다. 회전축(123)은 그 상단에 후술할 각각의 커넥팅로드(133)(143)에 의해 제1 피스톤(134)과 제2 피스톤(144)에 왕복운동력을 발생하도록 제1 편심부(123a)와 제2 편심부(123b)를 축중심을 기준으로 좌우 양측에 대칭되게 형성한다.
압축부는 동력발생부(120)의 상측에 상하로 설치하는 제1 압축부(130) 및 제 2 압축부(140)로 이루어지되, 제1 압축부(130)는 케이싱(110)의 내부에 횡방향으로 배치하고 그 일 측에 제1 압축공간을 반경방향으로 형성하는 제1 실린더블록(131)과, 회전축(123)의 제1 편심부(123a)에 회전 가능하게 삽입하는 제1 슬리브(132)와, 제1 슬리브(132)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 회전축(123)의 회전운동을 후술할 제1 피스톤(134)의 왕복운동으로 변환하는 제1 커넥팅로드(133)와, 제1 커넥팅로드(133)의 타단에 결합하여 제1 실린더블록(131)의 제1 압축공간 내부에서 회전축(123)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 제1 피스톤(134)과, 제1 실린더블록(131)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 제1 밸브조립체(135)와, 밸브조립체(135)의 토출측에 연통하도록 고정하는 제1 토출커버(미도시)를 포함한다.
제2 압축부(140)는 제1 실린더블록(131)의 하측에 구비하여 케이싱(110)의 내부에 횡방향으로 배치하고 그 일 측에 제2 압축공간을 반경방향으로 형성하는 제2 실린더블록(141)과, 회전축(123)의 제2 편심부(123b)에 회전 가능하게 삽입하는 제2 슬리브(142)와, 제2 슬리브(142)의 외주면에 반경방향으로 결합하여 회전축(123)의 회전운동을 후술할 제2 피스톤(144)의 왕복운동으로 변환하는 제2 커넥팅로드(143)와, 제2 커넥팅로드(143)의 타단에 결합하여 제2 실린더블록(141)의 제2 압축공간 내부에서 회전축(123)의 반경방향으로 왕복운동을 하는 제2 피스톤(144)과, 제2 실린더블록(141)의 토출측에 설치하여 냉매가스의 흡입과 토출을 조절하는 제2 밸브조립체(145)와, 밸브조립체(145)의 토출측에 연통하도록 고정하는 제2 토출커버(미도시)를 포함한다.
연결부(150)는 제1 압축부(130)의 토출측을 냉동사이클의 응축기에 연결한 냉매토출관(112)과 연결하는 제1 토출연결관(151)과, 제2 압축부(140)의 토출측을 상기 냉매토출관(112)의 중간에 연결하는 제2 토출연결관(152)과, 제2 압축부(140)의 흡입측에 연결하는 제1 흡입연결관(153)과, 케이싱(110)의 내부와 연통하여 상기 제1 흡입연결관(153)에 연결하는 제2 흡입연결관(154)과, 제1 토출연결관(151)에서 분관하여 제1 흡입연결관(153)에 연결하는 재압축연결관(155)과, 제1 토출연결관(151)과 냉매토출관(112) 그리고 재압축연결관(155)의 접점 위치에 설치하여 제1 압축부(130)에서 토출되는 냉매의 유동방향을 절환하는 3방밸브인 제1 절환밸브(156)와, 제1 흡입연결관(153)과 제2 흡입연결관(154) 그리고 재압축연결관(155)의 접점 위치에 설치하여 제2 압축부(140)로 흡입되는 냉매를 결정하는 3방밸브인 제2 절환밸브(157)로 이루어진다.
제2 흡입연결관(154)은 그 입구단이 케이싱(110)의 내부에 연통되도록 냉매흡입관(111)과 별개로 설치하는 것이 압축기를 에어콘 등에 설치할 때 배관을 간소화할 수 있어 바람직하다.
도면중 미설명 부호인 112는 냉매토출관이다.
상기와 같은 본 발명 왕복동식 압축기는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.
즉, 동력발생부(120)의 고정자(121)에 전원을 인가하면, 그 고정자(121)와 회전자(122)의 상호작용력에 의해 회전자(122)가 회전축(123)과 함께 회전을 하고, 회전축(123)의 제1 편심부(123a)와 제2 편심부(123b)에 각각 삽입한 제1 슬리브(132)와 제2 슬리브(142)가 선회운동을 하면서 각각의 커넥팅로드(133)(143)가 제1 피스톤(134) 및 제2 피스톤(144)과 함께 직선으로 왕복운동을 하여 압축기의 운전모드에 따라 양쪽 압축부(130)(140)에서 냉매를 각각 독립적으로 흡입하거나 또는 연차적으로 흡입하였다가 연결부(150)를 통해 냉동사이클의 응축기로 토출하는 일련의 과정을 반복한다.
이때, 압축기가 파워운전을 하는 경우에는 제1 압축부(130)와 제2 압축부(140) 모두 냉매를 흡입 압축하여 토출함으로써 100%의 냉력을 발휘한다. 이를 위해 도 5a에서와 같이 제1 절환밸브(156)는 제1 토출연결관(151)이 냉매토출관(112)에 연통되도록 조절하고 제2 절환밸브(157)는 제2 흡입연결관(154)이 제1 흡입연결관(153)에 연결되도록 조절함으로써 각 압축부(130)(140)에서 냉매를 독립적으로 흡입 압축하도록 하는 것이다.
반면, 압축기가 세이빙운전을 하는 경우에는 제1 압축부(130)에서 1단 압축된 냉매를 제2 압축부(140)로 유도하여 제2 압축부(140)에서 2단 압축한 후 토출함으로써 대략 제1 압축부(130)의 용량 만큼만 냉력을 발휘하도록 한다. 이를 위해서는 도 5b에서와 같이 제1 절환밸브(156)는 제1 토출연결관(151)이 재압축연결관(155)에 연통되도록 조절하고 제2 절환밸브(157)는 제1 흡입연결관(153)이 재압축연결관(155)에 연통되도록 조절함으로써 제1 압축부(130)에서 1단 압축된 냉매가 제2 압축부(140)로 재흡입되어 2단 압축되도록 하는 것이다.
이렇게 하여, 동력발생부와 압축부가 정회전만을 하면서도 압축기의 용량을 가변할 수 있을 뿐만 아니라 압축부가 역회전을 하지 않음에 따라 윤활이나 부품의 신뢰성을 높일 수 있고, 특히 세이빙운전시 냉매를 2단 압축하여 토출함에 따라 효 율을 현저하게 높일 수 있다.
본 발명에 의한 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치 및 그 운전 방법은, 복수 개의 압축부를 압축기의 운전모드에 따라 상호 병렬 또는 직렬로 연결할 수 있도록 구성함으로써, 정회전만을 하면서도 압축기의 용량을 가변할 수 있을 뿐만 아니라 압축부가 역회전을 하지 않음에 따라 윤활이나 부품의 신뢰성을 높일 수 있고, 직렬 연결시 냉매를 2단 압축함에 따라 세이빙 운전시 압축기 효율을 크게 높일 수 있다.
Claims (5)
- 냉매흡입관을 연통 설치하는 케이싱의 내부에 설치하여 구동력을 발생하는 한 개의 동력발생부와;동력발생부의 회전축에 각각 결합하여 상기 동력발생부의 회전운동을 직선운동으로 변환하면서 냉매를 흡입 압축하는 복수 개의 압축부와;각 압축부의 흡입측을 냉동사이클의 증발기에 각각 연결하는 동시에 각 압축부의 토출측을 냉동사이클의 응축기에 각각 연결하고, 그 중 한 쪽 압축부의 토출측은 분관하여 다른 쪽 압축부의 흡입측에 연결하며, 압축기의 운전모드에 따라 냉매의 유동방향을 절환하면서 냉동능력을 가변하는 연결부;를 포함한 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치.
- 제1항에 있어서,연결부는 제1 압축부의 토출측을 냉동사이클의 응축기에 연결한 냉매토출관과 연결하는 제1 토출연결관과, 제2 압축부의 토출측을 상기 냉매토출관의 중간에 연결하는 제2 토출연결관과, 제2 압축부의 흡입측에 연결하는 제1 흡입연결관과, 케이싱의 내부와 연통하여 상기 제1 흡입연결관에 연결하는 제2 흡입연결관과, 제1 토출연결관에서 분관하여 제1 흡입연결관에 연결하는 재압축연결관과, 제1 토출연결관과 냉매토출관 그리고 재압축연결관의 접점 위치에 설치하여 제1 압축부에서 토출되는 냉매의 유동방향을 절환하는 제1 절환밸브와, 제1 흡입연결관과 제2 흡입 연결관 그리고 재압축연결관의 접점 위치에 설치하여 제2 압축부로 흡입되는 냉매를 결정하는 제2 절환밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치.
- 제2항에 있어서,제2 흡입연결관은 그 입구단이 케이싱의 내부에 연통되도록 냉매흡입관과 별개로 설치하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치.
- 제1항에 있어서,복수 개의 압축부는 흡입/압축을 교번되게 진행하도록 동력발생부의 회전축에 180°의 위상차를 가지도록 결합하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 장치.
- 제2항에서 압축기의 파워 운전시에는 제1 절환밸브는 제1 토출연결관이 냉매토출관에 연통되도록 조절하고 제2 절환밸브는 제2 흡입연결관이 제1 흡입연결관에 연결되도록 조절함으로써 각 압축부에서 냉매를 독립적으로 흡입 압축하도록 하는 반면,압축기의 세이빙 운전시에는 제1 절환밸브는 제1 토출연결관이 재압축연결관에 연통되도록 조절하고 제2 절환밸브는 제1 흡입연결관이 재압축연결관에 연통되도록 조절함으로써 제1 압축부에서 1단 압축된 냉매가 제2 압축부로 재흡입되어 2 단 압축되도록 하는 것을 특징으로 하는 왕복동식 압축기의 용량 가변 방법.
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