KR102436353B1

KR102436353B1 - 사판식 압축기

Info

Publication number: KR102436353B1
Application number: KR1020180017436A
Authority: KR
Inventors: 안휴남; 박복기; 손은기; 윤제수; 정유철
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2022-08-25
Also published as: CN109477470B; US20190360476A1; EP3584439A4; EP3584439B1; JP2019522148A; CN109477470A; KR20180095457A; JP6714781B2; US11187219B2; EP3584439A1

Abstract

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 냉매를 압축하는 피스톤이 수용되는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실이 구비되는 프런트 하우징과, 흡입실 및 토출실이 구비되고 상기 실린더 블록의 후방에 결합되는 리어 하우징을 포함하는 사판식 압축기에 있어서, 상기 리어 하우징 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트와, 상기 실린더 블록 쪽에 삽입되는 가스켓과, 상기 밸브 플레이트와 상기 실린더 블록 사이에 삽입되는 석션 플레이트를 구비하는 밸브 어셈블리와, 상기 크랭크실 내의 냉매가 통과하는 제1 오리피스 홀, 상기 흡입실과 연통되어 상기 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매를 흡입실로 토출하는 제2 오리피스 홀, 상기 제1 오리피스 홀과 제2 오리피스 홀 사이를 연결하는 중간유로를 포함하며, 상기 제1 오리피스 홀은 냉매의 압력에 따라서 개도가 가변되는 가변 리드를 구비하는 가변 오리피스 모듈을 포함하는 사판식 압축기를 제공한다.

Description

사판식 압축기{Swash plate type compressure}

본 발명은 사판식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불필요한 냉매 가스 손실을 방지해 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 사판식 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 공조시스템에 적용되는 압축기는 증발기를 거친 냉매 가스를 흡입해 고온고압의 냉매 가스 상태로 압축하여 응축기로 토출하는 기능을 하며, 왕복동식, 회전식, 스크롤식, 사판식 등 다양한 타입의 압축기가 사용되고 있다.

이러한 압축기 중 동력원으로 전동 모터를 사용하는 압축기를 통상적으로 전동식 압축기라고 하며, 압축기의 종류 중 사판식 압축기는 차량용 공조장치에 많이 사용되고 있다.

사판식 압축기는 엔진의 동력을 전달받아 회전하는 구동축에 디스크 형상의 사판(swash plate)이 경사지게 설치되어 구동축에 의해 회전하며, 사판의 회전에 의해 복수의 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동함으로써 냉매 가스를 흡입 또는 압축하여 배출하는 원리이다. 특히, 한국특허공개 2012-0100189호에 개시된 바와 같은 용량 가변형 사판식 압축기는, 사판의 경사각이 가변되는 것으로, 사판의 경사각이 가변됨에 따라 피스톤의 왕복 이송량이 변화되어 냉매 토출량이 조절된다.

상기 사판의 경사각은 제어실(크랭크실)의 압력(Pc)을 이용하여 제어할 수 있다. 구체적으로, 토출실로 배출된 압축 냉매의 일부를 상기 제어실로 유입하여 제어실내의 압력을 조절할 수 있고, 사판의 경사각은 상기 제어실 압력(Pc)에 따라 변경된다.

여기서, 상기 제어실로는 토출실 뿐만 아니라 피스톤과 실린더 사이에서 누설된 냉매도 유입되기 때문에, 적정 압력을 유지하기 위해서는 유입된 냉매를 흡입실로 배출할 필요가 있다. 이를 위해, 용량 가변형 사판식 압축기에는 상기 제어실과 흡입실을 연통하는 오리피스 홀이 형성되며, 상기 오리피스 홀을 통해 제어실 내의 냉매가 흡입실로 재유입된다.

문제는 상기 오리피스 홀을 통해 배출되는 냉매의 양이 많을수록 압축기 효율이 저하되기 때문에 이를 최소화할 필요가 있으나, 종래의 용량 가변형 사판식 압축기는 제어압과 흡입압의 차압이 일정하게 유지되고 있는 상황에서도 냉매 가스가 오리피스 홀을 통해 유실되는 문제가 있어 압축기의 효율이 저하되는 문제가 있다.

한국특허공개 2012-0100189호 (공개일 2012. 09. 12)

본 발명의 목적은 불필요한 냉매 가스 손실을 방지해 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 사판식 압축기를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 사판식 압축기는, 냉매를 압축하는 피스톤이 수용되는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실이 구비되는 프런트 하우징과, 흡입실 및 토출실이 구비되고 상기 실린더 블록의 후방에 결합되는 리어 하우징을 포함하는 사판식 압축기에 있어서, 상기 리어 하우징 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트와, 상기 실린더 블록 쪽에 삽입되는 가스켓과, 상기 밸브 플레이트와 상기 실린더 블록 사이에 삽입되는 석션 플레이트를 구비하는 밸브 어셈블리와, 상기 크랭크실 내의 냉매가 통과하는 제1 오리피스 홀, 상기 흡입실과 연통되어 상기 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매를 흡입실로 토출하는 제2 오리피스 홀, 상기 제1 오리피스 홀과 제2 오리피스 홀 사이를 연결하는 중간유로를 포함하며, 상기 제1 오리피스 홀은 냉매의 압력에 따라서 개도가 가변되는 가변 리드를 구비하는 가변 오리피스 모듈을 포함하는 사판식 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 실린더 블록 상에는 상기 크랭크실과 상기 제1 오리피스 홀 사이에서 연장되는 관통부(100a)가 형성될 수 있다.

상기 가변 리드는 일단이 상기 석션 플레이트와 일체로 형성되고, 타단은 자유단으로 형성될 수 있다. 냉매의 압력이 사전에 설정된 값 이상이 되면, 상기 자유단부가 변위하면서 상기 제1 오리피스 홀의 개방 정도가 확장될 수 있다.

또한, 상기 제1 오리피스 홀은 상기 석션 플레이트 상에 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1 오리피스 홀은 상기 가변 리드의 외주부의 적어도 일부를 따라 형성될 수 있다. 즉, 상기 가변 리드는 상기 제1 오리피스 홀 전체를 덮지 않고 일부만을 덮도록 배치된다.

또한, 상기 제1 오리피스 홀은 상기 가변 리드에 관통 형성되는 리드 홀을 추가로 포함할 수 있다.

상기 중간유로는 상기 밸브 플레이트에 요입 형성되는 리드 홈을 포함할 수 있다. 상기 리드 홈은 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매가 흐르는 유로의 일부를 구성함과 동시에, 상기 가변 리드의 변위 정도를 제한하는 역할도 겸하게 된다.

상기 제2 오리피스 홀은 상기 밸브 플레이트에 관통 형성될 수 있으며, 그 위치는 흡입실과 연통될 수 있는 임의의 위치일 수 있다. 일 예로, 상기 제2 오리피스 홀은 상기 밸브 플레이트의 대략 중앙에 배치될 수 있다.

한편, 상기 중간유로는 상기 리드 홈과 연통되는 완충공간을 포함할 수 있다. 상기 완충공간은 상기 실린더 블록의 대략 중앙부에 배치되며 상기 제2 오리피스 홀과도 연결된다. 즉, 상기 완충공간이 구비되는 경우 냉매의 유로는 제1 오리피스 홀 -> 리드 홈 -> 완충공간 -> 제2 오리피스 홀 -> 흡입실의 순서로 형성된다. 상기 완충공간은 냉매의 압력이 증가하여 가변 리드가 개방된 직후 고압의 냉매가 순간적으로 좁은 리드 홈으로 유입되면서 야기될 수 있는 유로 저항 증가 및 소음 발생 등을 최소화할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 냉매를 압축하는 피스톤이 수용되는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실이 구비되는 프런트 하우징과, 흡입실 및 토출실이 구비되고 상기 실린더 블록의 후방에 결합되는 리어 하우징을 포함하는 사판식 압축기에 있어서, 상기 리어 하우징 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트와, 상기 밸브 플레이트와 상기 실린더 블록 사이에 삽입되는 석션 플레이트를 구비하는 밸브 어셈블리와, 상기 크랭크실 내의 냉매가 통과하는 제1 오리피스 홀, 상기 흡입실과 연통되어 상기 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매를 흡입실로 토출하고 상기 밸브 플레이트에 형성되는 제2 오리피스 홀, 상기 밸브 플레이트에 형성되며 상기 제1 오리피스 홀과 제2 오리피스 홀 사이를 연결하는 리드 홈을 포함하며, 상기 제1 오리피스 홀은 냉매의 압력에 따라서 개도가 가변되는 가변 리드를 구비하는 가변 오리피스 모듈을 포함하는 사판식 압축기를 제공한다.

상기 가변 리드는 일단이 상기 석션 플레이트와 일체로 형성되고 타단은 자유단으로 연장되며, 상기 리드 홈의 내부에서 변위하도록 구성될 수 있다. 아울러, 상술한 바와 같이 상기 가변 리드는 상기 제1 오리피스 홀의 일부를 덮도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 오리피스 홀은 상기 가변 리드의 외주부의 적어도 일부를 따라 배치될 수 있다.

상기 실린더 블록에는 상술한 바와 같이 상기 크랭크실과 상기 제1 오리피스 홀 사이에서 연장되는 관통부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 실린더 블록에 장착되는 구동축의 내부에 중공유로가 형성될 수 있고, 상기 중공유로를 통해 냉매가 상기 제1 오리피스 홀로 도입될 수 있다.

이때, 상기 중공유로와 상기 제1 오리피스 홀의 사이에 완충공간이 형성될 수 있고, 상기 완충공간은 상기 실린더 블록의 대략 중앙에 배치될 수 있다. 경우에 따라서는 상기 관통부 및 중공유로가 모두 형성될 수도 있고, 이 경우에 냉매는 상기 관통부 및 중공유로를 따라 개별적으로 흐른 후 상기 제1 오리피스 홀의 상류측에서 합류하여 흡입실로 배출될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기는, 오리피스 홀을 개폐하거나, 오리피스 홀의 냉매 이동 유량을 가변시키는 리드를 추가하거나 유로를 달리 형성함으로써 제어압과 흡입압의 차압이 일정하게 유지될 때 불필요한 냉매 가스의 유출을 방지할 수 있다. 냉매 가스의 손실량이 감소되므로 압축기의 효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 사판식 압축기의 일 예를 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 따른 사판식 압축기의 압력 흐름을 도시한 모식도,
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 사판식 압축기의 냉매 유로를 도시한 사시도,
도 4는 도 3에 따른 사판식 압축기의 주요 부분을 도시한 단면도,
도 5는 도 4에 도 3따른 냉매 유로를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 도 3에 따른 사판식 압축기에 적용되는 가변 리드의 제1 실시 예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 도 3에 따른 사판식 압축기에 적용되는 가변 리드의 제2 실시 예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 도 3에 따른 사판식 압축기에 적용되는 가변 리드의 제3 실시 예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 사판식 압축기의 냉매 유로를 도시한 사시도,
도 10은 도 9에 따른 사판식 압축기의 주요 부분을 도시한 단면도,
도 11은 도 10에 도 9에 따른 냉매 유로를 도시한 단면도,
도 12는 도 10에 도 9에 따른 냉매 유로의 다른 예를 도시한 단면도,
도 13은 본 발명에 따른 사판식 압축기의 압력 제어 효과를 도시한 그래프이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 사판식 압축기의 일 예를 도시한 단면도, 도 2는 도 1에 따른 사판식 압축기의 압력 흐름을 도시한 모식도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가변 사판식 압축기(10)는 외관을 형성하는 실린더 블록(100)과, 실린더 블록(100)의 전방에 결합되는 프런트 하우징(200)과, 실린더 블록(100)의 후방에 결합되는 리어 하우징(300), 그리고 이들의 내부에 구비되는 구동부로 구성된다.

구동부는 엔진의 동력을 전달받는 풀리(210)와, 프런트 하우징(200)의 중심에 회전 가능하게 설치되어 풀리(210)와 결합되는 구동축(230)과, 구동축(230) 상에 결합되는 로터(400) 및 사판(500)으로 구성된다. 또한, 실린더 블록(100)에는 원주 방향을 따라 다수의 실린더 보어(110)가 구비되며, 실린더 보어(110)에 피스톤(112)이 삽입된다.

피스톤(112)은 연결부(130)에 연결되고, 연결부(130)의 내부에는 한 쌍의 반구형 슈(140)가 구비된다. 사판(500)은 외주 일부가 슈(140)의 사이에 삽입되는 형태로 설치되며, 사판(500)이 회전하면서 외주가 슈(140)를 지나게 된다. 사판(500)은 구동축(230)에 대해 일정 각도로 경사를 갖고 구동되므로 사판(500)의 경사에 의해 슈(140) 및 연결부(130)가 실린더 블록(100) 내에서 직선 왕복운동을 하게 된다. 연결부(130)의 운동에 따라 피스톤(112) 역시 실린더 보어(110)의 내부에서 길이 방향을 따라 전후로 이동하는 직선 왕복운동을 하게 되고, 피스톤(112)의 왕복 운동에 따라 냉매 가스가 압축된다.

사판(500)은 구동축(230)에 삽입된 상태에서 힌지(600)에 의해 로터(400)에 회동 가능하게 결합되며, 사판(500)과 로터(400)의 사이에는 스프링(번호 미표기)이 구비되어 사판(500)을 탄성 지지한다. 사판(500)이 로터(400)에 회전 가능하게 결합되므로 구동축(230)및 로터(400)의 회전에 따라 사판(500) 역시 회전하게 된다.

한편, 리어 하우징(300)에는 제어밸브(미도시), 냉매가 흡입되는 흡입실(310), 냉매가 토출되는 토출실(330)이 구비되며, 리어 하우징(300)과 크랭크실(250) 사이에 밸브 어셈블리(700)가 설치된다. 그리고, 상기 밸브 어셈블리(700)의 후단에 토출 어셈블리(800)가 구비된다.

흡입실(310) 내의 냉매 가스는 실린더 보어(110)로 흡입되고, 피스톤(112)에 의해 압축된 냉매 가스는 토출실(330)로 토출된다. 밸브 어셈블리(700)는 냉매가 배출되는 토출실(330)과 프런트 하우징(200)에 형성된 크랭크실(250)을 연통시키며, 실린더 보어(110) 내의 냉매 흡입압과 크랭크실(250) 내의 가스압과의 차압을 가변시킴으로써 사판(500)의 경사 각도를 조절해 냉매 토출량 및 압력을 조절한다.

크랭크실(250)의 제어압(Pc)과 흡입실(310)의 흡입압(Ps)의 차압이 일정하게 유지될 때, 불필요한 냉매의 유출을 방지하기 위한 가변 오리피스 모듈이 사판식 압축기에 구비된다(이에 관해서는 후술하기로 함).

냉방 부하가 크면 제어밸브에 의해 크랭크실(250)의 압력이 감소하도록 제어되고, 사판(500)의 경사각 역시 증가된다. 사판(500)의 경사각이 증가되면 피스톤 행정 역시 증가되어 냉매 토출량이 증가하게 된다.

반대로 냉방 부하가 작으면 제어밸브에 의해 크랭크실(250)의 압력이 증가하도록 제어되고, 사판(500)의 경사각 역시 감소되어 구동축(230)과 수직에 가까워진다. 사판(500)의 경사각이 감소되면 피스톤 행정 역시 감소되어 냉매 토출량이 감소하게 된다.

압축기의 초기 작동 시 또는 사판(500)의 경사각을 크게 하여 행정 길이를 최대화하기 위해서는 크랭크실(250)의 압력을 낮춰야 하는데, 이를 위해 일반적인 사판식 압축기는 크랭크실(250) 내부의 고압 냉매가 흡입실로 빠져나갈 수 있도록 오리피스 홀이 구비된다. 오리피스 홀의 크기가 커지면 냉매가 신속하게 흡입실로 빠져나갈 수 있으나, 불필요한 경우에도 냉매의 소실이 발생할 수 있다.

즉, 크랭크실(250)의 압력인 제어압(Pc)과 흡입실의 압력인 흡입압(Ps)의 차이(이하 크랭크실과 흡입실의 차압)가 커지면 크랭크실(250)의 냉매가 흡입실(310)로 유입된다. 그런데 크랭크실(250)과 흡입실(310)의 차압이 일정하게 유지될 때 크랭크실(250)로부터 냉매가 오리피스 홀을 통해 흡입실로 빠져나가는 문제가 발생할 수 있다(도 2 참조). 따라서 압축기의 효율을 향상시키기 위해서는, 크랭크실(250)과 흡입실(310)의 차압이 일정하게 유지될 때 냉매가 오리피스 홀을 통해 흡입실로 빠져나가는 양을 최소한으로 줄일 필요가 있다.

가변 오리피스 모듈은 또한 크랭크실(250)의 압력이 특정 압력 이상으로 상승하면, 그 압력에 의해 개방되어 크랭크실(250)의 냉매가 흡입실(310)로 이동하도록 하여 크랭크실(250)의 압력을 낮추는 역할도 한다.

본 발명의 가변 오리피스 모듈은 두 개의 오리피스 홀, 즉 제1 및 제2 오리피스 홀과 상기 제1 및 제2 오리피스 홀들을 연통시키는 중간유로를 포함한다. 상기 제1 오리피스 홀은 가변 리드를 포함하여 냉매의 압력에 따라서 개방 정도를 달리하도록 구성된다. 아울러, 상기 중간유로는 리드 홈 및 완충공간으로 구성될 수 있고(제1 실시예), 하나의 리드 홈으로 구성될 수도 있다(제2 실시예). 또한, 각각의 실시예에 있어서 상기 가변 리드도 다양한 형태의 것을 채용할 수 있다. 그리고, 크랭크실 내의 냉매는 실린더 블록에 형성되는 관통부를 통해서 제1 오리피스 홀로 유입될 수 있으며, 다르게는 상기 구동축을 관통하여 형성되는 중공유로를 통해 유입될 수 있다. 여기서, 상기 중공유로에는 완충공간과 연결될 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 사판식 압축기의 냉매 유로를 도시한 사시도, 도 4는 도 3에 따른 사판식 압축기의 주요 부분을 도시한 단면도, 도 5는 도 4에 도 3따른 냉매 유로를 도시한 단면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 어셈블리(700)는 리어 하우징(300) 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트(710)와, 실린더 블록(100) 쪽에 삽입되는 가스켓(730)과, 이들의 사이에 삽입되는 석션 플레이트(750)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 토출 어셈블리(800)는 상기 실린더 내에서 압축된 냉매가 소정 압력 보다 높은 경우에만 토출실(330)로 안내하는 토출 밸브로서 기능하는 복수 개의 리드 밸브(812)가 구비되는 토출 리드(810)와, 상기 리드 밸브(812)의 이동량을 규제하는 리테이너(822)가 형성되는 토출 가스켓(820)을 포함한다.

여기서, 상기 토출 리드에 구비되는 리드 밸브(812)는 상기 밸브 플레이트(710)에 구비되는 복수 개의 토출공(711)과 대향하도록 배치되어, 실린더 내의 냉매의 압력이 충분히 높아지면 개방되어 토출공을 통해 냉매가 토출실로 토출되도록 한다.

냉매의 흐름을 기준으로 설명하면, 실린더 블록(100) 상에는 구동축(230)의 길이 방향을 따라 관통부(100a)가 관통 형성된다. 관통부(100a)의 위치에 대응하여 가스켓(730) 상에 가스켓 홀(732)이 형성되고, 가스켓 홀(732)의 위치에 대응하여 석션 플레이트(750) 상에 가변 리드(752)가 형성된다(가변 리드에 대해서는 후술하기로 함). 가변 리드(752)의 위치에 대응하여 밸브 플레이트(710)에 리드 홈(712)이 형성된다. 흡입실과 연통되는 제2 오리피스 홀(714)은 밸브 플레이트(710) 상에 관통 형성되며, 상기 제2 오리피스 홀(714)의 위치에 대응하여 석션 플레이트(750) 상에 냉매 홀(754)이 관통 형성된다.

가스켓 홀(732)은 가변 리드(752)의 형상에 대응하는 형태로 형성되되 가스켓(730) 상에 관통 형성된다. 상기 가스켓 홀(732)은 크랭크 실로부터 유입된 냉매가 일차적으로 통과하는 통로로서 기능한다. 다만, 상기 가스켓 홀(732)의 형상은 냉매가 가변 리드(752) 측으로 전달될 수 있도록 하는 임의의 형태를 가질 수 있다.

리드 홈(712)은 냉매의 이동 시 가변 리드(752)가 냉매압에 의해 변형되어 가스켓 홀(732)을 개방할 때 가변 리드(752)의 유동 공간이 되는 일종의 수용 공간이다. 리드 홈(712)은 밸브 플레이트(710)의 표면으로부터 요입 형성되며, 석션 플레이트(750)를 향하는 판면 상에 형성된다. 또한, 상기 리드 홈(712)은 냉매를 제2 오리피스 홀로 공급하는 중간유로의 일부를 형성하는 한편, 상기 가변 리드(752)의 변위량을 제한하는 리테이너로서도 기능하게 된다. 따라서, 상기 리드 홈(712)은 상기 가변 리드(752)가 충분히 수용될 수 있을 정도의 형상을 가져야 하고, 그 깊이는 가변 리드의 두께 및 공급되는 냉매의 종류, 작동 압력 및 유량에 따라 적절히 선택될 수 있다.

상기 제1 오리피스 홀(751)은 상기 가변 리드(752)가 배치되는 공간으로 정의된다. 도 6을 참조하면, 상기 제1 오리피스 홀(751)은 상기 석션 플레이트(750)의 일부를 절개하여 형성되고, 그 내부에 상기 가변 리드(752)가 배치된다. 도 6으로부터 알 수 있듯이 상기 제1 오리피스 홀(751)은 상기 가변 리드(752) 보다 크게 형성되므로, 가변 리드(752)의 개폐 여부와 상관없이 항상 일정량의 냉매는 상기 제1 오리피스 홀(751)을 통과하도록 구성된다.

상기 제2 오리피스 홀(714)은 밸브 플레이트(710) 상에 관통 형성되되, 구동축(230)의 회전 중심에 대응하는 위치에 형성된다. 여기서, 상기 제2 오리피스 홀(714)은 반드시 회전 중심에 배치될 필요는 없으며, 상술한 흡입실과 연통될 수 있는 임의의 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제2 오리피스 홀(714)과 대향하는 위치에 냉매 홀(754)이 석션 플레이트(750)를 관통하도록 형성된다. 이에 대해서는 후술한다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 냉매는 크랭크실(250)에서 실린더 블록(100)에 형성된 관통부(100a)를 거쳐 가변 오리피스 모듈을 거쳐 흡입실(310)로 보내진다.

좀더 상세한 유로는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같다.

크랭크 실로 유입된 냉매는 밸브 플레이트(710)의 가스켓(730)에 형성된 가스켓 홀(732)을 통과해 상기 석션 플레이트(750)에 형성된 제1 오리피스 홀(751)을 통해 상기 밸브 플레이트(710)의 리드 홈(712) 쪽으로 이동한다. 이때, 상기 제1 오리피스 홀(751)에 배치되는 가변 리드(752)는 석션 플레이트의 표면과 평형한 상태에 있으므로, 제1 오리피스 홀(751)은 상기 가변 리드(752)의 외주부의 일부를 따라 형성된다.

리드 홈(712) 내부로 유입된 냉매는 리드 홈(712)을 따라서 밸브 플레이트의 중심 방향으로 흐른 후 상기 실린더 블록(100)의 대략 중앙부에 형성되는 완충공간(110)으로 유입된다. 상기 완충공간(100)은 상기 실린더 블록(100)의 일측 단부와 상기 밸브 어셈블리(700)에 의해 정의되는 공간으로서 상기 리드 홈(712)의 내부 용적에 비해 상당히 큰 용적을 갖도록 형성된다.

상기 리드 홈(712)은 상기 제1 오리피스 홀(751)로부터 상기 완충공간의 외주부까지 연장되도록 형성되므로, 리드 홈(712)을 통해 흘러나온 냉매는 상기 완충공간(110)으로 유입될 수 있다. 상기 완충공간(110)은 상기 제2 오리피스 홀(714)과 연통된다. 상기 제2 오리피스 홀(714)은 또한 상기 흡입실(310)과 연결되어 있으므로, 결과적으로 완충공간(110)으로 유입된 냉매는 제2 오리피스 홀(714)을 통해 흡입실로 유입된다. 냉매가 상기 제2 오리피스 홀(714)로 원활하게 유입될 수 있도록 하기 위해서, 상기 제2 오리피스 홀(714)과 마주하는 위치에 냉매 홀(754)이 형성된다.

만일, 크랭크 실 내의 압력이 사전에 설정된 값 이상으로 상승하는 경우, 냉매의 압력에 의해 상기 가변 리드(752)가 리드 홈(712) 내부로 변위하게 된다. 도 5는 이렇게 가변 리드(752)가 리드 홈 내부로 변위된 상태를 도시한 것으로서, 냉매의 유로는 도 4에 도시된 것과 동일하다. 다만, 제1 오리피스 홀(751)의 개도가 도 4의 경우에 비해 확장되므로 냉매의 유량이 증가되고, 그에 따라 보다 신속하게 크랭크 실 내부의 압력을 낮출 수 있게 된다.

냉매가 배출되면서 냉매의 압력이 낮아지면 그에 따라 가변 리드가 다시 원위치로 복귀하면서 제1 오리피스 홀(751)의 개도가 다시 감소하게 된다. 결과적으로, 오리피스 홀을 통해 흡입실로 배출되는 냉매의 유량을 줄일 수 있게 되고, 그만큼 압축기의 효율도 상승하게 된다. 여기서, 상시 최소 개방 면적과 최대 개방 면적 사이의 비는 압축기의 작동 조건에 따라 임의로 설정할 수 있다.

한편, 상기 완충공간(110)은 상술한 바와 같이 상기 리드 홈의 용적에 비해서 매우 큰 용적을 갖는다. 따라서, 리드 홈을 통해서 완충공간으로 이동한 냉매는 팽창하게 되며, 흡입실로 배출되지 않더라도 냉매의 압력을 낮출 수 있게 된다. 아울러, 흡입실로 과도하게 냉매가 배출되면 흡입압이 상승하게 되고 이는 또 다른 효율저하의 원인이 될 수 있으나, 상기 완충공간을 구비함으로써 흡입실의 과도한 압력상승도 경감할 수 있게 된다. 또한, 가변 리드가 변위한 직후에는 리드 홈을 통해 흐르는 냉매의 압력이 급격히 상승하게 되므로 이로 인한 소음 발생이나 유로 저항 증가 등의 문제가 야기될 수 있으나 상기 완충공간으로 인해서 이러한 문제도 해소될 수 있다.

도 6은 본 발명의 도 3에 따른 사판식 압축기에 적용되는 가변 리드의 제1 실시 예를 도시한 도면, 도 7은 본 발명의 도 3에 따른 사판식 압축기에 적용되는 가변 리드의 제2 실시 예를 도시한 도면, 도 8은 본 발명의 도 3에 따른 사판식 압축기에 적용되는 가변 리드의 제3 실시 예를 도시한 도면이다.

전술한 가변 리드(752)는 사전에 설정된 압력 이상에서 리드 홈(712)을 향해 개방되며, 상기 설정 압력 이하에서는 관통부(100a)와 연통된 상기 제1 오리피스 홀(751)의 일부 폐쇄하여 크랭크실(250)과 흡입실(310)로 연통되는 오리피스 유로를 축소시킨다. 가변 리드(752)는 크랭크실(250)의 압력이 상승하면 개방되며, 가변 리드(752) 상에 리드 홀(752a)이 형성되거나, 가변 리드(752)가 유로를 일부 개방하는 형태로 형성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 가변 리드(752)의 일단은 석션 플레이트(750)와 일체로 형성되고, 타단은 연장되어 자유단을 형성하며, 자유단의 형상은 일반적으로 원형이다. 여기서, 상기 자유단은 고정단의 폭에 비해 큰 직경을 갖도록 형성되지만, 상기 리드 홈(712)의 내부로 변위될 수 있도록 리드 홈의 폭 보다는 작게 형성된다. 도 6에서, 상기 가변 리드(752)의 자유단 쪽에 리드 홀(752a)이 관통 형성되어 있고, 상기 가스켓 홀(732)은 상기 가변 리드(752)의 면적보다 작다. 따라서, 상기 리드 홀(752a)이 없는 경우 상기 가스켓 홀(732)은 상기 가변 리드(752)에 의해 완전히 폐쇄되므로, 일부의 냉매가 항상 흐를 수 있도록 하기 위해 상기 리드 홀(752a)이 형성된다. 상기 리드 홀(752a)은 가변 리드(752)에 가해지는 압력이 적용되는 수압 면적을 축소시키는 역할을 하므로, 가변 리드의 응답성에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 리드 홀의 위치, 개수 및 면적을 가변 리드의 치수 및 재질을 감안하여 조절함으로써 가변 리드의 응답성을 조절할 수 있다.

한편, 경우에 따라서는 상기 리드 홀(752a)을 생략하는 것도 가능하며, 이 경우에는 상기 가변 리드가 상기 가스켓 홀을 완전히 덮지 않도록 가변 리드의 위치에 상관없이 일부의 가스켓 홀은 항상 개방되어 있도록 한다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 가변 리드(752`)는 일단이 석션 플레이트(750) 상에 일체로 형성되고 타단은 연장되어 자유단을 형성하되, 자유단의 형상이 부분 원형일 수 있다. 아울러, 자유단의 끝단부는 직선 형태를 갖도록 하여 가스켓 홀(732)의 일부분이 가변 리드의 위치에 관계없이 항상 개방된 상태를 유지하도록 한다.

또는, 도 8에 도시된 바와 같이, 가변 리드(752``)의 일단이 석션 플레이트(750) 상에 일체로 형성되고 타단은 바(bar) 형상으로 연장된 자유단일 수 있다. 이때에는, 상기 가변 리드(752``)의 폭이 상기 가스켓 홀(732) 보다 작게 형성되어, 가변 리드의 좌우측을 통해 냉매가 제1 오리피스 홀측으로 이동될 수 있도록 형성된다.

다음으로 본 발명의 다양한 실시 예 중, 고정 오리피스 홀이 가변 리드 쪽으로 치우쳐 리드 홈 상에 구비된 것을 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 사판식 압축기의 냉매 유로를 도시한 사시도, 도 10은 도 9에 따른 사판식 압축기의 주요 부분을 도시한 단면도, 도 11은 도 10에 도 9에 따른 냉매 유로를 도시한 단면도, 도 12는 도 10에 도 9에 따른 냉매 유로의 다른 예를 도시한 단면도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 밸브 어셈블리(700’)는 리어 하우징(300) 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트(710’)와, 실린더 블록(100’) 쪽에 삽입되는 가스켓(730’)과, 이들의 사이에 삽입되는 석션 플레이트(750’)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 토출 어셈블리(800’)는 상기 실린더 내에서 압축된 냉매가 소정 압력 보다 높은 경우에만 토출실(330)로 안내하는 토출 밸브로서 기능하는 복수 개의 리드 밸브(812’)가 구비되는 토출 리드(810’)와, 상기 리드 밸브(812’)의 이동량을 규제하는 리테이너(822’)가 형성되는 토출 가스켓(820’)을 포함한다.

냉매의 흐름을 기준으로 설명하면, 실린더 블록(100’) 상에는 구동축(230)의 길이 방향을 따라 관통부(100a’)가 관통 형성된다. 또한, 관통부(100a’)에서 구동축(230) 쪽으로 연통되도록 연통홈(100b’)이 형성되어 구동축(230) 주변을 통해 이동하는 냉매가 유입되도록 한다. 관통부(100a’)의 위치에 대응하여 가스켓(730’) 상에 가스켓 홀(732’)이 형성되고, 가스켓 홀(732’)의 위치에 대응하여 석션 플레이트(750’) 상에 가변 리드(752’)가 형성된다(가변 리드에 대해서는 후술하기로 함). 가변 리드(752’)의 위치에 대응하여 밸브 플레이트(710’)에 리드 홈(712’)이 형성된다. 고정 오리피스 홀에 해당하는 오리피스 홀(714’)은 밸브 플레이트(710’) 상에 관통 형성되며, 오리피스 홀(714’)의 위치에 대응하여 석션 플레이트(750’) 상에 냉매 홀(754’)이 관통 형성된다.

가스켓 홀(732’)은 관통부(100a’)의 위치에 대응하는 위치에 원형으로 형성되되 가스켓(730’) 상에 관통 형성된다. 다만, 상기 가스켓 홀(732’)의 형상은 냉매가 가변 리드(752’) 측으로 전달될 수 있도록 하는 임의의 형태를 가질 수 있다.

리드 홈(712’)은 냉매의 이동 시 가변 리드(752’)가 냉매압에 의해 변형되어 가스켓 홀(732’)을 개방할 때 가변 리드(752’)의 유동 공간이 되는 일종의 수용 공간이다. 리드 홈(712’)은 밸브 플레이트(710’)의 표면으로부터 요입 형성되며, 석션 플레이트(750’)를 향하는 판면 상에 형성된다. 또한, 상기 리드 홈(712’)은 냉매를 제2 오리피스 홀로 공급하는 중간유로의 일부를 형성하는 한편, 상기 가변 리드(752’)의 변위량을 제한하는 리테이너로서도 기능하게 된다. 따라서, 상기 리드 홈(712’)은 상기 가변 리드(752’)가 충분히 수용될 수 있을 정도의 형상을 가져야 하고, 그 깊이는 가변 리드의 두께 및 공급되는 냉매의 종류, 작동 압력 및 유량에 따라 적절히 선택될 수 있다.

상기 제1 오리피스 홀(751’)은 상기 가변 리드(752’)가 배치되는 공간으로 정의된다. 도 6에 도시된 제1 실시예에서의 제1 오리피스 홀(751)과 동일하게, 상기 제1 오리피스 홀(751’)은 상기 석션 플레이트(750’)의 일부를 절개하여 형성되고, 그 내부에 상기 가변 리드(752’)가 배치된다. 상술한 바와 같이, 상기 가변 리드(752’)는 가스켓 홀(732) 보다 크게 형성되므로, 냉매는 가변 리드가 닫힌 상태에서는 리드 홀(752a)을 통해 흐르게 되며, 가변 리드가 개방된 상태에서는 상기 제1 오리피스 홀(751’) 전체를 통해 흐르게 된다.

제2 오리피스 홀(714’)은 리드 홈(712’) 상에 관통 형성되되, 흡입실(310)과 연통할 수 있는 위치에 형성된다. 이로 인해서, 상기 제1 오리피스 홀(751’) -> 리드 홈(712’) -> 제2 오리피스 홀(714’) -> 흡입실로 이어지는 냉매 배출유로가 정의된다. 그리고, 상기 가변 리드(752’)의 작동은 상술한 제1 실시예와 동일하다.

본 실시 예에서 상기 도 10에 도시된 유로 외에도 다른 형태의 냉매 유로를 가질 수 있다. 도 11을 참조하면, 상기 구동축(230)의 내부에 중공유로(232)가 형성된다. 상기 중공유로(232)는 크랭크 실내에 유입된 오일을 배출하기 위한 오일배출 유로의 일부일 수 있으며, 따라서 크랭크 실 내의 냉매가 상기 중공유로(232) 내부로 유입될 수 있다. 이렇게 유입된 중공유로(232)는 제1 실시예서와 동일한 완충공간(110) 내로 유입된다.

상기 완충공간(110) 내로 유입된 냉매는 상기 실린더 블록(100’)의 단부에 형성되는 연통홈(100b’)을 통해서 상기 제1 오리피스 홀(751’)로 유입된 후, 상술한 바와 같은 냉매 배출유로를 통해 흡입실로 유입될 수 있다.

한편, 도 10에 도시된 유로와 도 11에 도시된 유로를 모두 갖는 예도 고려할 수 있다. 도 12를 참조하면, 상기 관통부(100a’)와 상기 중공유로(232)가 모두 형성되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 크랭크 실 내의 냉매의 일부는 상기 관통부(100a’)를 따라서, 다른 일부는 상기 중공유로(232) 및 연통홈(100b’)을 따라서 각각 제1 오리피스 홀(751’)로 유입된다.

상기 도 11 및 도 12에 도시된 유로의 경우 모두 냉매의 유로 상에 완충공간이 배치되어 있으므로 상술한 바와 같은 완충공간의 효과를 얻을 수 있다. 특히, 기 존재하는 오일 분리유로를 냉매 배출유로의 일부로서 사용할 수 있으므로 제조 공정을 보다 절감할 수 있고, 도 12의 경우에는 냉매가 공급되는 유로가 더욱 확장되므로 크랭크 실의 냉매가 보다 원활하게 제1 오리피스 홀로 유입될 수 있다.

여기서, 상기 가변 리드(752’)는 상술한 도 6 내지 도 8에 도시된 것 중 임의의 것을 활용할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 사판식 압축기의 압력 제어 효과를 도시한 그래프이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 종래의 사판식 압축기는 크랭크실의 압력인 제어압(Pc)과 흡입실의 압력인 흡입압(Ps)의 차이가 커짐에 따라 손실되는 냉매 가스의 양도 거의 선형적으로 증가하는 추세를 보인다. 그러나 본 발명의 경우 제어압(Pc)과 흡입압(Ps)의 차이가 0.5MPa일 때 손실되는 냉매 가스의 양이 약 45% 정도로 감소한 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 가변 리드가 완전히 개방되는 0,10MPa까지는 종래의 압축기에 비해서 흡입실로 배출되는 냉매의 유량이 적은 것을 알 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시 예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

10: 가변 사판식 압축기 100: 실린더 블록
100a: 관통부 100b’: 연통홈
250: 크랭크실 310: 흡입실
700: 밸브 어셈블리 710: 밸브 플레이트
712: 리드 홈 714: 제2 오리피스 홀
730: 가스켓 732: 가스켓 홀
750: 석션 플레이트 751: 제1 오리피스 홀
752: 가변 리드 754: 냉매 홀

Claims

냉매를 압축하는 피스톤이 수용되는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실이 구비되는 프런트 하우징, 흡입실 및 토출실이 구비되고 상기 실린더 블록의 후방에 결합되는 리어 하우징, 상기 리어 하우징 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트, 상기 실린더 블록 쪽에 삽입되는 가스켓 및 상기 밸브 플레이트와 상기 실린더 블록 사이에 삽입되는 석션 플레이트를 구비하는 사판식 압축기로서,
상기 크랭크실 내의 냉매가 통과하는 제1 오리피스 홀,
상기 흡입실과 연통되어 상기 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매를 흡입실로 토출하는 제2 오리피스 홀,
상기 제1 오리피스 홀과 제2 오리피스 홀 사이를 연결하는 중간유로를 포함하며,
상기 제1 오리피스 홀은 냉매의 압력에 따라서 개도가 가변되는 가변 리드를 구비하는 가변 오리피스 모듈을 포함하고,
상기 가변 리드는 일단이 상기 석션 플레이트와 일체로 형성되고, 타단은 자유단으로 형성되는 사판식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 실린더 블록 상에는 상기 크랭크실과 상기 제1 오리피스 홀 사이에서 연장되는 관통부가 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 오리피스 홀은 상기 석션 플레이트 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 제1 오리피스 홀은 상기 가변 리드의 외주부의 적어도 일부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제1항에 있어서,
상기 가스켓은 상기 냉매가 통과하도록 상기 가변 리드와 대향하여 형성되는 가스켓 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
냉매를 압축하는 피스톤이 수용되는 실린더 블록, 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실이 구비되는 프런트 하우징, 흡입실 및 토출실이 구비되고 상기 실린더 블록의 후방에 결합되는 리어 하우징, 상기 리어 하우징 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트, 상기 실린더 블록 쪽에 삽입되는 가스켓 및 상기 밸브 플레이트와 상기 실린더 블록 사이에 삽입되는 석션 플레이트를 구비하는 사판식 압축기로서,
상기 크랭크실 내의 냉매가 통과하는 제1 오리피스 홀,
상기 흡입실과 연통되어 상기 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매를 흡입실로 토출하는 제2 오리피스 홀,
상기 제1 오리피스 홀과 제2 오리피스 홀 사이를 연결하는 중간유로를 포함하며,
상기 제1 오리피스 홀은 냉매의 압력에 따라서 개도가 가변되는 가변 리드를 구비하는 가변 오리피스 모듈을 포함하고,
상기 중간유로는 상기 밸브 플레이트에 요입 형성되는 리드 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제7항에 있어서,
상기 가변 리드는 상기 리드 홈의 내부로 변위하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제7항에 있어서,
상기 중간유로는 상기 리드 홈과 연통되는 완충공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제9항에 있어서,
상기 완충 공간은 상기 실린더 블록의 일측단부 및 상기 가스켓 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제10항에 있어서,
상기 완충 공간은 상기 제2 오리피스 홀과 연통되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제6항에 있어서,
상기 가변 리드는 상기 가스켓 홀을 폐쇄할 수 있도록 형성되되, 상기 가스켓 홀과 대향하도록 관통 형성되는 리드 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제6항에 있어서,
상기 가변 리드는 그 위치와 무관하게 상기 가스켓 홀의 적어도 일부가 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제13항에 있어서,
상기 가변 리드의 일측 단부가 상기 가스켓 홀의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제13항에 있어서,
상기 가변 리드의 양측 단부의 일부가 상기 가스켓 홀의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
냉매를 압축하는 피스톤이 수용되는 실린더 블록과, 상기 실린더 블록의 전방에 결합되며 크랭크실이 구비되는 프런트 하우징과, 흡입실 및 토출실이 구비되고 상기 실린더 블록의 후방에 결합되는 리어 하우징을 포함하는 사판식 압축기로서,
상기 리어 하우징 쪽에 삽입되는 밸브 플레이트와, 상기 밸브 플레이트와 상기 실린더 블록 사이에 삽입되는 석션 플레이트를 구비하는 밸브 어셈블리; 및
상기 크랭크실 내의 냉매가 통과하는 제1 오리피스 홀, 상기 흡입실과 연통되어 상기 제1 오리피스 홀을 통과한 냉매를 흡입실로 토출하고 상기 밸브 플레이트에 형성되는 제2 오리피스 홀, 상기 밸브 플레이트에 형성되며 상기 제1 오리피스 홀과 제2 오리피스 홀 사이를 연결하는 리드 홈을 포함하며, 상기 제1 오리피스 홀은 냉매의 압력에 따라서 개도가 가변되는 가변 리드를 구비하는 가변 오리피스 모듈;
을 포함하는 사판식 압축기.
제16항에 있어서,
상기 가변 리드는 일단이 상기 석션 플레이트와 일체로 형성되고 타단은 자유단으로 연장되며, 상기 리드 홈의 내부에서 변위하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제17항에 있어서,
상기 가변 리드는 상기 제1 오리피스 홀의 일부를 덮도록 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제16항에 있어서,
상기 크랭크실과 상기 제1 오리피스 홀 사이에서 연장되는 관통부가 상기 실린더 블록에 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제16항에 있어서,
상기 실린더 블록에 장착되는 구동축의 내부에 중공유로가 형성되고, 상기 중공유로를 통해 냉매가 상기 제1 오리피스 홀로 도입되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제20항에 있어서,
상기 중공유로와 상기 제1 오리피스 홀의 사이에 완충공간이 형성된 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제21항에 있어서,
상기 완충공간은 상기 실린더 블록과 상기 밸브 어셈블리 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제16항에 있어서,
상기 실린더 블록 쪽에 삽입되는 가스켓을 추가적으로 포함하고, 상기 가스켓은 상기 냉매가 통과하도록 상기 가변 리드와 대향하여 형성되는 가스켓 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제23항에 있어서,
상기 가변 리드는 상기 가스켓 홀을 폐쇄할 수 있도록 형성되되, 상기 가스켓 홀과 대향하도록 관통 형성되는 리드 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제23항에 있어서,
상기 가변 리드는 그 위치와 무관하게 상기 가스켓 홀의 적어도 일부가 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제25항에 있어서,
상기 가변 리드의 일측 단부가 상기 가스켓 홀의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.
제25항에 있어서,
상기 가변 리드의 양측 단부의 일부가 상기 가스켓 홀의 영역 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 사판식 압축기.