KR100595581B1

KR100595581B1 - 베인 압축기의 용량 가변 장치

Info

Publication number: KR100595581B1
Application number: KR1020050011374A
Authority: KR
Inventors: 유동원; 황선웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-07-03

Abstract

본 발명은 베인 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것으로, 구동모터의 회전력을 전달하는 구동축을 지지하도록 케이싱에 고정 설치하는 프레임과; 프레임에 고정 설치하고 적어도 한 개 이상의 흡입구와 복수 개의 토출구를 형성하는 실린더유닛과; 프레임과 실린더 사이에 개재하고 구동축에 편심지게 결합하여 실린더의 내부에서 선회운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 각각의 토출구로 번갈아 토출하는 선회베인과; 실린더의 흡입구와 토출구 사이에서 그 실린더의 내주면에 대해 원주방향으로 미끄러지는 동시에 선회베인에 대해 반경방향으로 미끄러지게 결합하여 상기 선회베인의 내외측에 각각 복수 개씩의 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록과; 실린더의 흡입구와 적어도 어느 한 쪽 토출구를 선택적으로 개폐하여 각 압축포켓에서 압축되는 냉매의 일부를 흡입구로 바이패스시키는 용적가변유닛과; 용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 움직이면서 흡입구와 각 토출구를 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함함으로써, 압축유닛의 용량을 다단계로 가변하여 베인 압축기의 용량 가변 운전 능력을 높일 수 있고 이를 통해 압축기 성능을 크게 향상시켜 이를 채용한 에어콘의 효율을 향상시키고 소비전력량을 낮춰 에너지 효율을 높일 수 있다.

Description

베인 압축기의 용량 가변 장치{MODULATION APPARATUS FOR VAIN COMPRESSOR}

도 1은 종래 베인 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도,

도 2는 종래 베인 압축기의 압축기구부를 보인 도 1의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 3은 종래 베인 압축기에서 압축기구부의 일부를 보인 분해 사시도,

도 4는 종래 베인 압축기에서 압축과정을 보인 개략도,

도 5는 본 발명 베인 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도,

도 6 및 도 7은 본 발명 베인 압축기에서 용량 가변 장치를 보인 개략적으로 보인 평면도 및 파단하여 보인 평면도,

도 8a 및 도 8b는 본 발명 베인 압축기에서 용량 가변 장치의 동작을 보인 개략도,

도 9는 본 발명 베인 압축기의 압축기구부에 대한 변형예를 보인 종단면도,

도 10a 내지 도 10c는 본 발명 베인 압축기에서 용량 가변 장치의 변형예에 대한 동작을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 프레임 2 : 구동축

3 : 실린더 4 : 선회베인

5 : 미끄럼블록 6 : 올담링

7 : 실린더링 9 : 토출커버

10 : 실린더커버 11,11a,11b : 흡입구

12a,12b : 토출구 13 : 바이패스구멍

20,40 : 용적가변유닛 21,41 : 제2 슬라이딩밸브

21a,41a : 제1 압력부 21b,41b : 제2 압력부

21c,41c : 연통부 22,42 : 밸브스프링

23,43 : 밸브스토퍼 31,51 : 전환밸브조립체

32,52 : 고압연결관 33,53 : 저압연결관

34,54 : 공통연결관 35,55 : 절환밸브하우징

36,56 : 절환밸브 37,57 : 전자석

38,58 : 절환밸브스프링 P1 : 제1 압축포켓

P2 : 제2 압축포켓

본 발명은 베인 압축기에 관한 것으로, 특히 압축기의 크기는 동일하게 유지하면서 압축기의 용량을 증가시키는 동시에 가변시킬 수 있는 베인 압축기의 용량 가변 장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고, 에어컨 등과 같은 냉장, 냉동, 냉방 장치에 필수 부품으로 사용되는 냉매 압축기 및 각종 산업 분야에 사용되는 공기 압축기로서 베인 압 축기가 널리 사용되고 있다. 베인 압축기는 케이싱내에 축과 편심된 로터(rotor)를 구비하여 케이싱과 베인에 의해 돌러 쌓인 용적에 냉매가 흡입되고 로터의 회전에 의해 압축되어 토출되는 방식이다. 즉 로터가 회전함에 따라 용적이 변화하고 토출구에 도달할 때 소정의 냉매 압력으로 토출되는 구조이므로 왕복식 압축기처럼 흡입밸브나 토출밸브가 없는 것이 특징이다. 또 베인 압축기는 압축 냉매의 공급을 부드럽게 연속적으로 공급할 수 있으므로 맥동과 소음이 적은 장점이 있다.

도 1은 종래 베인 압축기의 압축기구부에 대한 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 베인 압축기의 압축기구부를 보인 도 1의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이며, 도 3은 종래 베인 압축기에서 압축기구부의 일부를 보인 분해 사시도이고, 도 4는 종래 베인 압축기에서 압축과정을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 베인 압축기는, 케이싱(미도시)의 내부에 고정 설치하는 프레임(1)과, 구동모터(미도시)의 회전자에 결합하고 프레임(1)을 관통하여 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 구동축(2)과, 프레임(1)의 상면에 고정 설치하는 실린더(3)와, 프레임(1)과 실린더(3) 사이에 위치하여 상기 구동축(2)의 편심부에 결합하고 그 구동축(2)의 회전시 선회운동을 하면서 상기한 실린더(3)와의 사이에 복수 개의 압축포켓을 형성하는 선회베인(4)과, 선회베인(4)에 반경방향으로 미끄러지게 설치하여 상기 선회베인(4)의 내외측에 각각 복수 개씩의 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록(5)과, 실린더(3)와 선회베인(4) 사이에 설치하여 상기 선회베인(4)의 자전운동을 방지하는 올담링(6)과, 실린더(3)의 내부공간에 설치하여 상기한 선회베인(4)과 함께 복수 개의 압축포켓을 형성하는 실린더링(7)과, 실 린더(3)의 상측을 복개하고 그 일측에 흡입구(8a)와 토출구(8b)(8c)를 각각 형성하는 실린더커버(8)와, 실린더커버(8)를 수용하도록 소정의 토출공간(S2)을 구비하여 상기 실리더(3)와 함께 프레임(1)에 고정 설치하는 토출커버(9)로 구성하고 있다.

프레임(1)은 도 1 및 도 2에서와 같이 그 중앙에 구동축(4)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(1a)을 형성하고, 축구멍(1a)의 상반부에는 하부 밸런스웨이트(B)를 수용하는 밸런스홈(1b)을 단차지게 형성하며, 상측 스러스트베어링면 양측에는 올담링(6)의 제1 키부(6a)가 반경방향으로 미끄러지도록 제1 키홈(1c)을 대칭되게 형성하고 있다.

실린더(3)는 상하 양측이 개구된 환형으로 형성하여 그 저면 외주연을 상기한 프레임(1)에 볼트로 체결 고정하고 있다.

선회베인(4)은 도 1 및 도 2에서와 같이 그 경판부 중앙에 상기한 구동축(2)의 편심부가 관통하도록 축관통구멍(4a)을 형성하고, 축관통구멍(4a)의 외주연에는 상기 구동축(2)의 편심부가 선회 가능하게 결합하는 보스부(4b)를 상측으로 돌출 형성하며, 보스부(4b)의 바깥쪽으로는 실린더(3)의 내주면에 미끄러지게 접촉하여 그 바깥쪽과 안쪽에 각각 압축포켓(P1)(P2)을 이루도록 베인부(4c)를 상측으로 돌출 형성하고 있다. 베인부(4c)의 주면 일측, 즉 흡입구(8a)와 양쪽 토출구(8b)(8c) 사이에는 상기한 미끄럼블록(5)이 반경방향으로 미끄럼 운동을 할 수 있도록 블록슬릿(4d)을 형성하고 있다. 또, 선회베인(4)의 경판부 저면 양측에는 후술할 올담링(6)의 제2 키부(6b)가 반경방향으로 미끄러지도록 제2 키홈(4e)을 형성하고 있다.

미끄럼블록(5)은 도 2에서와 같이 그 외주면이 실린더(3)의 내주면에 미끄러지도록 접촉하도록 원호형상으로 형성하는 반면 그 내주면은 실린더링(7)의 외주면에 미끄럼 접촉하도록 원호형상으로 형성하여 결합하고 있다.

올담링(6)은 환형으로 형성하여 그 저면 양측에는 프레임(1)의 제1 키홈(1c)에 반경방향으로 미끄러지게 삽입되도록 제1 키부(6a)를 돌출 형성하는 반면 그 상면 양측에는 상기 선회베인(4)의 제2 키홈(4e)에 반경방향으로 미끄러지게 삽입되도록 제2 키부(6b)를 상기한 제1 키부(6a)와 각각 90°의 위상차를 두고 형성하고 있다.

실린더링(7)은 그 저면이 선회베인(4)의 경판부 상면에 접하는 반면 그 상면은 상기한 실린더커버(8)에 접하도록 소정의 높이를 가지는 원통 모양으로 형성하고 있다.

실린더커버(8)는 그 중앙에 구동축(2)이 관통하도록 축관통구멍(미부호)을 형성하고, 그 일측에는 양측 압축포켓(P1)(P2)을 모두 포함하도록 한 개의 흡입구(8a)를 형성하는 반면 그 흡입구(8a)와 상기한 미끄럼블록(5)을 사이에 둔 타측에는 각각의 압축포켓(P1)(P2)에 연통하는 복수 개의 토출구(8b)(8c)를 형성하고 있다.

토출커버(9)는 그 중앙에 구동축(2)을 반경방향으로 지지하도록 축구멍(9a)을 형성하고, 그 일측에는 상기한 실린더커버(8)의 흡입구(8a)에 직접 연통하도록 냉매흡입관(SP)이 관통 설치하는 반면 그 측면에는 토출공간(S)에 연통하도록 한 개의 냉매토출관(DP)을 설치하고 있다.

도면중 미설명 부호인 9b는 탑커버이다.

상기와 같은 종래 베인 압축기는 다음과 같이 동작하고 있다.

즉, 구동모터에 인가한 전원에 의해 구동축(2)이 회전을 하면서 선회베인(4)이 편심거리 만큼 선회운동을 하여 그 선회베인(4)을 중심으로 바깥쪽의 실린더(3)와 함께 제1 압축포켓(P1), 안쪽의 실린더링(7)과 함께 제2 압축포켓(P2)을 형성하면서 냉매를 흡입구(8a)를 통해 번갈아 흡입 압축한 후 각각의 토출구(8b)(8c)를 통해 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이를 보다 상세히 살펴보면, 도 4의 (a)에서와 같이 선회베인(4)의 블록슬릿(4d)이 미끄럼블록(5)의 외주면을 잇는 선과 일치하여 실린더(3)의 내주면에 접하는 순간을 0°라고 가정하면 이 시점에서는 흡입구(8a)가 제2 압축포켓(P2)에만 연통하여 그 제2 압축포켓(P2)으로만 냉매가 흡입되는 동시에 미끄럼블록(5)의 맞은편에서는 토출이 시작된다. 반면 제1 압축포켓(P1)은 흡입을 완료하고 압축을 개시하게 된다.

다음, 도 4의 (b)에서와 같이 선회베인(4)이 더 선회를 하여 90°위치에 도달하면 이 시점에서는 제1 압축포켓(P1)으로 냉매가 미세하게 흡입되는 동시에 미끄럼블록(5)의 맞은편 제1 압축포켓(P1)에서는 더욱 압축이 진행된다. 반면, 제2 압축포켓(P2)으로는 냉매를 지속적으로 흡입하는 동시에 다른 쪽 제2 압축포켓(P2)에서는 토출을 종료한다.

다음, 도 4의 (c)에서와 같이 선회베인(4)이 더 선회를 하여 180°위치에 도달하면 제1 압축포켓(P1)으로는 냉매의 흡입이 진행되는 동시에 다른 쪽 제1 압축 포켓(P1)에서는 토출을 시작한다. 반면 제2 압축포켓(P2)에서는 흡입을 완료하고 압축을 시작한다.

다음, 도 4의 (d)에서와 같이 선회베인(4)이 더 선회를 하여 270°위치에 도달하면 제1 압축포켓(P1)에서는 냉매를 더욱 많이 흡입하는 동시에 다른 쪽 제1 압축포켓(P1)에서는 토출을 종료한다. 반면 제2 압축포켓(P2)에서는 흡입을 개시하는 동시에 다른 쪽 제2 압축포켓(P2)에서는 압축을 지속한다.

다음, 다시 도 4의 (a)에서와 같은 행정을 반복하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 베인 압축기에 있어서는, 냉매를 양쪽 압축포켓(P1)(P2)에서 연속으로 흡입 압축하여 토출할 뿐 별도의 용량 가변 장치를 구비하지 않음에 따라 이를 적용하는 에어콘을 다양하게 운전시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라 이로 인해 소비전력량이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 베인 압축기가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 압축기의 용량을 다양하게 가변하여 에어콘의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 소비전력량도 크게 줄일 수 있는 베인 압축기의 용량 가변 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 구동모터의 회전력을 전달하는 구동축을 지지하도록 케이싱에 고정 설치하는 프레임과; 프레임에 고정 설치하고 적어도 한 개 이상의 흡입구와 복수 개의 토출구를 형성하는 실린더유닛과; 프레임과 실린더 사이에 개재하고 구동축에 편심지게 결합하여 실린더의 내부에서 선회운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 각각의 토출구로 번갈아 토출하는 선회베인과; 실린더의 흡입구와 토출구 사이에서 그 실린더의 내주면에 대해 원주방향으로 미끄러지는 동시에 선회베인에 대해 반경방향으로 미끄러지게 결합하여 상기 선회베인의 내외측에 각각 복수 개씩의 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록과; 실린더의 흡입구와 적어도 어느 한 쪽 토출구를 선택적으로 개폐하여 각 압축포켓에서 압축되는 냉매의 일부를 흡입구로 바이패스시키는 용적가변유닛과; 용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 움직이면서 흡입구와 각 토출구를 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 베인 압축기의 용량 가변 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 베인 압축기의 용량 가변 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명 베인 압축기의 압축기구부를 보인 종단면도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명 베인 압축기에서 용량 가변 장치를 보인 개략적으로 보인 평면도 및 파단하여 보인 평면도이며, 도 8a 및 도 8b는 본 발명 베인 압축기에서 용량 가변 장치의 동작을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 베인 압축기는, 케이싱(미도시)의 내부에 고정 설치하는 프레임(1)과, 구동모터(미도시)의 회전자에 결합하고 프레임(1)을 관통하여 상기 구동모터의 회전력을 전달하는 구동축(2)과, 프레임(1)의 상면에 고정 설치하는 실린더(3)와, 프레임(1)과 실린더(3) 사이에 위치하여 상기 구 동축(2)의 편심부에 결합하고 그 구동축(2)의 회전시 선회운동을 하면서 상기한 실린더(3)와의 사이에 복수 개의 압축포켓(P1)(P2)을 형성하는 선회베인(4)과, 선회베인(4)에 반경방향으로 미끄러지게 설치하여 선회베인(4)의 내외측에 각각 복수 개씩의 압축포켓(P1)(P2)을 형성하는 미끄럼블록(5)과, 실린더(3)와 선회베인(4) 사이에 설치하여 상기 선회베인(4)의 자전운동을 방지하는 올담링(6)과, 실린더(3)의 내부공간에 설치하여 상기한 선회베인(4)과 함께 복수 개의 압축포켓(P1)(P2)을 형성하는 실린더링(7)과, 실린더(3)의 상측을 복개하고 그 일측에 흡입구(11)와 토출구(12a)(12b)를 각각 형성하는 실린더커버(10)와, 실린더커버(10)를 수용하도록 소정의 토출공간(S)을 구비하여 상기 실리더(3)와 함께 프레임(1)에 고정 설치하는 토출커버(9)와, 실린더커버(10)에 구비하여 상기한 바깥쪽 압축포켓(P1)의 용량을 가변하는 용적가변유닛(20)과, 용적가변유닛(20)에 연결하여 압축기의 운전모드에 따른 압력차에 의해 상기한 용적가변유닛(20)을 동작시키는 배압절환유닛(30)을 포함한다.

프레임(1)은 도 5에서와 같이 그 중앙에 구동축(2)을 반경방향으로 지지하는 축구멍(1a)을 형성하고, 축구멍(1a)의 상반부에는 하부 밸런스웨이트(B)를 수용하는 밸런스홈(1b)을 단차지게 형성하며, 상측 스러스트베어링면 양측에는 올담링(6)의 제1 키부(6a)가 반경방향으로 미끄러지도록 제1 키홈(1c)을 대칭되게 형성한다.

실린더(3)는 상하 양측이 개구된 환형으로 형성하여 그 저면 외주연을 상기한 프레임(1)에 볼트로 체결 고정한다.

선회베인(4)은 도 1 및 도 2에서와 같이 그 경판부 중앙에 상기한 구동축(2) 의 편심부가 관통하도록 축관통구멍(4a)을 형성하고, 축관통구멍(4a)의 외주연에는 상기 구동축(2)의 편심부가 선회 가능하게 결합하는 보스부(4b)를 상측으로 돌출 형성하며, 보스부(4b)의 바깥쪽으로는 실린더(3)의 내주면에 미끄러지게 접촉하여 그 바깥쪽과 안쪽에 각각 압축포켓(P1)(P2)을 이루도록 베인부(4c)를 상측으로 돌출 형성하고 있다. 베인부(4c)의 주면 일측, 즉 흡입구(8a)와 양쪽 토출구(8b)(8c) 사이에는 상기한 미끄럼블록(5)이 반경방향으로 미끄럼 운동을 할 수 있도록 블록슬릿(4d)을 형성하고 있다. 또, 선회베인(4)의 경판부 저면 양측에는 후술할 올담링(6)의 제2 키부(6b)가 반경방향으로 미끄러지도록 제2 키홈(4e)을 형성하고 있다.

실린더링(7)은 그 저면이 선회베인(4)의 경판부 상면에 접하는 반면 그 상면은 상기한 실린더커버(10)에 접하도록 소정의 높이를 가지는 원통 모양으로 형성한다.

실린더커버(10)는 그 중앙에 구동축(2)이 관통하도록 축관통구멍(미부호)을 형성하고, 그 일측에는 양측 압축포켓(P1)(P2)을 모두 포함하도록 한 개의 흡입구(11)를 형성하는 반면 그 흡입구(11)와 상기한 미끄럼블록(5)을 사이에 둔 타측에는 각각의 압축포켓(P1)(P2)에 연통하는 복수 개의 토출구(12a)(12b)를 형성한다. 또, 흡입구(11)와 바깥쪽 토출구(12a) 중간을 연통하되 후술할 슬라이딩밸브(61)에 의해 상기한 흡입구(11)와 토출구(12a)를 개폐하는 바이패스구멍(13)을 형성한다. 또, 바이패스구멍(13)은 실리더커버(10)의 외주면에서 상기한 흡입구(11)와 토출구(12a)를 직각 방향으로 관통하도록 소정의 깊이로 형성하고, 그 개구된 한 쪽을 배압통공(23a)이 구비된 후술할 밸브스토퍼(23)로 압입하여 밀봉 형성한다.

토출커버(9)는 그 중앙에 구동축(2)을 반경방향으로 지지하도록 축구멍(9a)을 형성하고, 그 일측에는 상기한 실린더커버(10)의 흡입구(11)에 직접 연통하도록 냉매흡입관(SP)이 관통 설치하는 반면 그 측면에는 토출공간(S)에 연통하도록 한 개의 냉매토출관(DP)을 설치한다.

용적가변유닛(20)은 도 6 및 도 7에서와 같이 상기 바이패스구멍(13)에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛(30)에 의한 압력차에 따라 바이패스구멍(13)에서 이동하면서 상기한 흡입구(11)와 토출구(12a)를 상호 개폐하는 슬라이딩밸브(21)와, 슬라이딩밸브(21)의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸브(21)가 닫는 위치로 이동하도록 압축스프링으로 된 적어도 한 개의 밸브스프링(22)과, 슬라이딩밸브(21)의 이탈을 방지하도록 상기한 바이패스구멍(13)의 일측 개구단을 차폐하는 밸브스토퍼(23)로 이루어진다.

슬라이딩밸브(21)는 바이패스구멍(13)의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 상기한 배압절환유닛(30)으로부터 압력을 전달받는 제1 압력부(21a)와, 바이패스구멍(13)의 주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 밸브스프링(22)으로 지지되고 상기한 흡입구(11)와 토출구(12a) 사이를 차단하거나 개방하는 제2 압력부(21b)와, 두 압력부(21a)(21b) 사이를 연결하고 그 외주면과 바이패스구멍(13) 사이에 가스통로가 형성되도록 하는 연통부(21c)로 이루어진다. 제2 압력부(21a)는 흡입구(11) 또는 토출구(12a)의 직경 보다 짧게 형성하고, 그 후방단에서 안쪽으로는 상기한 밸브스프링(22)을 삽입하여 고정하도록 스프링고정홈(미부호)을 형성하는 것이 밸브의 길이를 최소화하는데 바람직하다.

밸브스프링(22)은 전술한 바와 같이 흡입구(11)와 토출구(12a) 사이를 개폐하는 제2 압력부(21b)의 배면에 설치할 수도 있으나, 경우에 따라서는 도 7에서와 같이 상기한 제1 압력부(21a) 배면에 설치하는 반면 제2 압력부(21b)의 배면에는 후술할 배압절환유닛(30)의 공통연결관(34)을 연통 설치할 수도 있다.

밸브스토퍼(23)의 중앙에는 후술할 배압절환유닛(30)의 공통연결관(34)이 연결되도록 배압통공(23a)을 형성한다.

배압절환유닛(30)은 도 6 및 도 7에서와 같이 슬라이딩밸브(21)의 압력부측 압력을 결정하는 절환밸브조립체(31)와, 가스토출관(DP)과 절환밸브조립체(31)의 고압측 입구(35a) 사이에 연결하여 고압 분위기를 공급하는 고압연결관(32)과, 가스흡입관(SP)과 절환밸브조립체(31)의 저압측 입구(35b) 사이에 연결하여 저압 분위기를 공급하는 저압연결관(33)과, 절환밸브조립체(31)의 공통측 출구(35c)를 밸 브스토퍼(23)의 배압통공(23a)에 연결하여 슬라이딩밸브(21)의 제1 압력부(21a)에 고압 분위기 또는 저압 분위기를 선택적으로 공급하는 공통연결관(34)으로 이루어진다.

절환밸브조립체(31)는 상기한 고압측 입구(35a)와 저압측 입구(35b) 그리고 공통측 출구(35c)를 형성하는 절환밸브하우징(35)과, 절환밸브하우징(35)의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구(35a)와 공통측 출구(35c) 또는 저압측 입구(35b)와 공통측 출구(35c)를 선택적으로 연결하는 절환밸브(36)와, 절환밸브하우징(35)의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 절환밸브(36)를 이동시키는 전자석(37)과, 전자석(37)에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 절환밸브(36)를 복원시키는 절환밸브스프링(38)으로 이루어진다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 베인 압축기의 용량 가변 장치는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 구동모터에 인가한 전원에 의해 구동축(4)이 회전을 하면서 선회베인(4)이 편심거리 만큼 선회운동을 하여 그 선회베인(4)을 중심으로 바깥쪽의 실린더(3)와 함께 제1 압축포켓(P1), 안쪽의 실린더링(7)과 함께 제2 압축포켓(P2)을 형성하면서 냉매를 흡입구(11)를 통해 번갈아 흡입 압축한 후 각각의 토출구(12a)(12b)를 통해 토출하는 일련의 과정을 반복한다.

이를 보다 상세히 살펴보면 도 4에서와 같다.

예컨대, 도 4의 (a)에서와 같이 선회베인(4)의 블록슬릿(4d)이 미끄럼블록 (5)의 외주면을 잇는 선과 일치하여 실린더(3)의 내주면에 접하는 순간을 0°라고 가정하면 이 시점에서는 흡입구(11)가 제2 압축포켓(P2)에만 연통하여 그 제2 압축포켓(P2)으로만 냉매가 흡입되는 동시에 미끄럼블록(5)의 맞은편에서는 토출이 시작된다. 반면 제1 압축포켓(P1)은 흡입을 완료하고 압축을 개시하게 된다.

다음, 도 4의 (c)에서와 같이 선회베인(4)이 더 선회를 하여 180°위치에 도달하면 제1 압축포켓(P1)으로는 냉매의 흡입이 진행되는 동시에 다른 쪽 제1 압축포켓(P1)에서는 토출을 시작한다. 반면 제2 압축포켓(P2)에서는 흡입을 완료하고 압축을 시작한다.

다음, 다시 도 4의 (a)에서와 같은 행정을 반복한다.

한편, 베인식 압축기는 이를 채용한 에어콘의 운전 상태에 따라 고용량 운전을 하거나 또는 저용량 운전을 하게 되는데, 이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같 다.

먼저, 고용량 운전은 도 8a에서와 같이 파일로트밸브인 배압절환유닛(30)의 전자석(37)에 전원을 온(ON)시켜 절환밸브(36)가 절환밸브스프링(38)의 탄성력을 이기고 이동하여 저압측 출구(35b)와 공통측 출구(35c)가 연통되도록 한다. 그리하여 운전중에 가스흡입관(SP) 또는 증발기(미도시)를 통과한 저압의 냉매가스가 저압연결관(33)과 공통연결관(34)을 거쳐 슬라이딩밸브(21)의 제1 압력부(21a) 쪽으로 유입되도록 한다. 이때, 슬라이딩밸브(21)는 그 제2 압력부(21b) 쪽을 지지하는 밸브스프링(22)의 탄성력에 의해 밀려나면서 도면의 좌측으로 이동을 하여 제2 압력부(21b)가 흡입구(11)와 토출구(16a) 사이에 위치하도록 한다. 이렇게 하여 제1 압축포켓(P1)과 제2 압축포켓(P2)으로 흡입되는 냉매가스가 온전히 압축되어 토출커버(9)의 토출공간(S)으로 모두 토출되면서 100%의 냉동능력을 발휘하는 압축운전을 하게 된다.

반면, 저용량 운전은 도 8b에서와 같이 파일로트밸브인 배압절환유닛(30)의 전자석(37)에 전원을 오프(OFF)시켜 절환밸브(36)가 절환밸브스프링(38)의 탄성력에 의해 이동하여 고압측 출구(35a)와 공통측 출구(35c)가 연통되도록 한다. 그리하여 운전중에 가스토출관(DP)의 내부에 고압의 냉매가스가 고압연결관(32)과 공통연결관(34)을 거쳐 슬라이딩밸브(21)의 제1 압력부(21a) 쪽으로 유입되도록 한다. 이때, 슬라이딩밸브(21)는 제1 압력부(21a)의 압력면이 고압 분위기가 형성됨에 따라 밸브스프링(22)의 탄성력을 이기고 도면의 우측으로 이동을 하여 슬라이딩밸브(21)의 연통부(21c)가 흡입구(11)와 토출구(12a)의 중간에 위치하면서 흡입구(11) 와 토출구(12a)를 연통시킨다. 이렇게 하여 제2 압축포켓(P2)으로 흡입되는 냉매가스가 토출구(12a)와 바이패스구멍(13)을 통해 흡입구(11)로 바이패스되면서 상기한 제2 압축포켓(P2)에서는 압축이 일어나지 않아 제1 압축포켓(P1)에서만 압축이 진행된다.

여기서, 용적가변유닛의 밸브스프링을 슬라이딩밸브의 제1 압력부 배면에 설치하는 경우에는 배압절환유닛이 전술한 일례와는 반대로 동작하여 슬라이딩밸브를 이동시킴으로써 고용량운전과 저용량운전을 실시한다. 용적가변유닛의 동작은 전술한 예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이렇게 하여, 베인 압축기의 용량을 2단계로 가변하여 운전을 할 수 있으므로 에어콘의 효율을 높일 수 있고 소비전력소모량도 크게 낮출 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 베인 압축기는 고용량 운전과 저용량 운전 사이에 중간용량 운전을 추가할 수도 있다. 이 경우 제1 압축포켓과 제2 압축포켓의 용량을 상이하게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어 제1 압축포켓의 용량을 60%, 제2 압축포켓의 용량을 40%로 설정한 경우에 대해 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 본 발명 베인 압축기의 압축기구부에 대한 변형예를 보인 종단면도이고, 도 10a 내지 도 10c는 본 발명 베인 압축기에서 용량 가변 장치의 변형예에 대한 동작을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 베인 압축기는, 전술한 제1 압축포켓(P1)에 속하도록 제1 흡입구(11a)와 제1 토출구(12a)를 형성하고 제2 압축포켓(P2)에 속하도록 제2 흡입구(11b)와 제2 토출구(12b)를 형성하며 상기 제1 흡입구(11a) 와 제1 토출구(12a)를 연통하도록 제1 바이패스구멍(13a)을 형성하고 상기 제2 흡입구(11b)와 제2 토출구(12b)를 연통하도록 제2 바이패스구멍(13b)을 형성하는 실린더커버(10)와, 실린더커버(10)의 제1 바이패스구멍(13a)을 개폐하여 상기한 제1 압축포켓(P1)의 용량을 가변하기 위한 제1 용적가변유닛(20) 및 그 제1 용적가변유닛(20)을 구동하기 위한 제1 배압절환유닛(30)과, 실린더커버(10)의 제2 바이패스구멍(13b)을 개폐하여 상기한 제2 압축포켓(P2)의 용량을 가변하기 위한 제2 용적가변유닛(40) 및 그 제2 용적가변유닛(40)을 구동하기 위한 제2 배압절환유닛(50)을 포함한다.

제1 용적가변유닛(20)과 제2 용적가변유닛(40) 그리고 제1 배압절환유닛(30)과 제2 배압절환유닛(50)은 각각 도 6와 도 7을 참조하여 앞서 설명한 일례와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도면중 전술한 일례와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 21 및 41은 제1 및 제2 슬라이딩밸브, 21a 및 41a는 각 슬라이딩밸브의 제1 압력부, 21b 및 41b는 각 슬라이딩밸브의 제2 압력부, 21c 및 41c는 각 슬라이딩밸브의 연통부, 22 및 42는 제1 및 제2 밸브스프링, 23 및 43은 제1 및 제2 밸브스토퍼, 31 및 51은 제1 및 제2 전환밸브조립체, 32 및 52는 제1 및 제2 고압연결관, 33 및 53은 제1 및 제2 저압연결관, 34 및 54는 제1 및 제2 공통연결관, 35 및 55는 제1 및 제2 절환밸브하우징, 36 및 56은 제1 및 제2 절환밸브, 37 및 57은 제1 및 제2 전자석, 38 및 58은 제1 및 제2 절환밸브스프링이다.

상기와 같은 본 발명 베인 압축기는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

먼저, 고용량 운전일 경우에는 도 10a에서와 같이 제1 배압절환유닛(30)과 제2 배압절환유닛(50)에 의해 각 슬라이딩밸브(21)(41)의 제2 압력부(61b)(81b)가 각각의 흡입구(11a)(11b)와 토출구(12a)(12b) 사이를 차단하여 제1 압축포켓(P1)과 제2 압축포켓(P2)으로 흡입되는 냉매가 온전히 압축되어 토출되도록 함으로써 베인 압축기가 100%의 냉력을 발휘하도록 한다.

다음, 중간용량 운전일 경우에는 도 10b에서와 같이 제1 배압절환유닛(30)에 의해 제1 슬라이딩밸브(21)의 제2 압력부(21b)가 제1 흡입구(11a)와 제1 토출구(11a) 사이를 차단하여 제1 압축포켓(P1)으로 흡입되는 냉매가 온전히 압축되어 토출되도록 하는 반면 제2 배압절환유닛(30)에 의해서는 제2 슬라이딩밸브(41)의 연통부(41c)가 상기한 제2 흡입구(11b)와 제2 토출구(12b) 사이에 위치하여 제2 압축포켓(P2)으로 흡입되는 냉매가 압축되지 않고 누설되도록 함으로써 베인 압축기가 제1 압축포켓(P1)의 용량인 60%의 냉력만을 발휘하도록 한다.

다음, 저용량 운전일 경우에는 도 10c에서와 같이 제1 배압절환유닛(31)에 의해 제1 슬라이딩밸브(21)의 연통부(21c)가 상기한 제1 흡입구(11a)와 제1 토출구(11a) 사이에 위치하여 제1 압축포켓(P1)으로 흡입되는 냉매가 압축되지 않고 누설되도록 하는 반면 제2 배압절환유닛(50)에 의해서는 제2 슬라이딩밸브(41)의 제2 압력부(41b)가 제2 흡입구(11b)와 제2 토출구(12b) 사이를 차단하여 제2 압축포켓(P2)으로 흡입되는 냉매가 온전히 압축되어 토출되도록 함으로써 베인 압축기가 제2 압축포켓(P2)의 용량인 40%의 냉력만을 발휘하도록 한다.

이렇게 하여, 베인 압축기의 용량을 3단계로 가변하여 운전함에 따라 가변 운전 능력을 더욱 높일 수 있다.

본 발명에 의한 베인 압축기의 용량 가변 장치는, 압축유닛에 용적가변유닛과 배압절환유닛을 연결 설치함으로써, 압축유닛의 용량을 다단계로 가변하여 베인 압축기의 용량 가변 운전 능력을 높일 수 있고 이를 통해 압축기 성능을 크게 향상시켜 이를 채용한 에어콘의 효율을 향상시키고 소비전력량을 낮춰 에너지 효율을 높일 수 있다.

Claims

구동모터의 회전력을 전달하는 구동축을 지지하도록 케이싱에 고정 설치하는 프레임과;

프레임에 고정 설치하고 적어도 한 개 이상의 흡입구와 복수 개의 토출구를 형성하는 실린더유닛과;

프레임과 실린더 사이에 개재하고 구동축에 편심지게 결합하여 실린더의 내부에서 선회운동을 하면서 냉매를 흡입 압축하여 각각의 토출구로 번갈아 토출하는 선회베인과;

실린더의 흡입구와 토출구 사이에서 그 실린더의 내주면에 대해 원주방향으로 미끄러지는 동시에 선회베인에 대해 반경방향으로 미끄러지게 결합하여 상기 선회베인의 내외측에 각각 복수 개씩의 압축포켓을 형성하는 미끄럼블록과;

실린더의 흡입구와 적어도 어느 한 쪽 토출구를 선택적으로 개폐하여 각 압축포켓에서 압축되는 냉매의 일부를 흡입구로 바이패스시키는 용적가변유닛과;

용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 움직이면서 흡입구와 각 토출구를 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제1항에 있어서,

실린더유닛에는 내외 압축포켓에 함께 연통하도록 한 개의 흡입구를 형성하 고 그 흡입구와 어느 한 쪽 토출구의 중간을 연통하여 상기한 용적가변유닛에 의해 개폐되는 한 개의 바이패스구멍을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제1항에 있어서,

실린더유닛에는 내외 압축포켓에 독립적으로 연통하도록 복수 개의 흡입구를 형성하고 그 각각의 흡입구와 토출구의 중간을 독립적으로 연통하여 상기한 용적가변유닛에 의해 각각 독립적으로 개폐되는 복수 개의 바이패스구멍을 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

용적가변유닛은 상기 바이패스구멍에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛에 의한 압력차에 따라 움직이면서 상기한 흡입구와 토출구를 개폐하는 슬라이딩밸브와, 슬라이딩밸브의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸브가 닫는 위치로 이동하도록 하는 적어도 한 개의 밸브스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제4항에 있어서,

슬라이딩밸브는 바이패스구멍의 양측에 위치하여 그 바이패스구멍의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하고 배압절환유닛을 통해 압력을 전달받아 이동하면서 적어도 한 개가 흡입구와 토출구 사이를 개폐할 수 있도록 형성하는 복수 개의 압력부와, 복수 개의 압력부 사이를 연결하고 그 외주면과 바이패스구멍 사이에 상기한 흡입구와 토출구가 연통하도록 가스통로가 형성되는 연통부로 이루어진 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제5항에 있어서,

바이패스구멍은 양측면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 배압절환유닛의 출구에 연통하는 배압통공을 구비하는 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제6항에 있어서,

밸브스프링은 슬라이딩밸브의 토출구쪽 압력부 배면에 설치하는 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제6항에 있어서,

밸브스프링은 슬라이딩밸브의 베인측 흡입구쪽 압력부 배면에 설치하는 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,

배압절환유닛은 슬라이딩밸브의 압력부측의 압력을 결정하는 절환밸브조립체 와, 절환밸브조립체의 고압측 입구에 연결하여 고압 분위기를 공급하는 고압연결관과, 절환밸브조립체의 저압측 입구에 연결하여 저압 분위기를 공급하는 저압연결관과, 절환밸브조립체의 공통측 출구를 바이패스구멍에 연결하여 슬라이딩밸브의 압력부에 고압 분위기 또는 저압 분위기를 공급하는 공통연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.
제9항에 있어서,

절환밸브조립체는 상기한 고압측 입구와 저압측 입구 그리고 공통측 출구를 형성하는 절환밸브하우징과, 절환밸브하우징의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구와 공통측 출구 또는 저압측 입구와 공통측 출구를 선택적으로 연결하는 절환밸브와, 절환밸브하우징의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 절환밸브를 이동시키는 전자석과, 전자석에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 절환밸브를 복원시키는 탄성부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 베인 압축기의 용량 가변 장치.