KR20060038893A

KR20060038893A - 다단 로터리 압축기의 용량가변장치

Info

Publication number: KR20060038893A
Application number: KR1020050004710A
Authority: KR
Inventors: 황선웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-11-01
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-05-04
Also published as: CN100400883C; DE602005013883D1; CN1769710A; KR100619767B1

Abstract

본 발명의 다단 로터리 압축기의 용량가변장치는 제1 흡입포트와 제1 토출포트를 구비하고 선회운동을 하는 제1 롤링피스톤과 상기 제1 롤링피스톤에 접하여 직선운동을 하는 제1 베인에 의해 제1 흡입실과 제1 압축실이 구획되는 제1 실린더와, 제2 흡입포트와 제2 토출포트를 구비하고 선회운동을 하는 제2 롤링피스톤과 상기 제2 롤링피스톤에 접하여 직선운동을 하는 제2 베인에 의해 제2 흡입실과 제2 압축실로 구획되는 제2 실린더와, 상기 제1 실린더와 제2 실린더의 사이에 삽입되며 상기 제1 실린더와 제2 실린더의 각 압축실을 서로 연통하도록 바이패스 구멍을 형성하고 상기 바이패스 구멍의 중간에 연통하도록 밸브구멍을 형성한 중간베어링과, 상기 중간베어링의 밸브구멍에 미끄러지게 결합하여 상기 바이패스 구멍을 선택적으로 개폐하는 슬라이딩 밸브와, 상기 슬라이딩 밸브의 일측에 토출압을 선택적으로 공급하는 배압절환유닛을 포함하여 구성됨으로서 복수의 압축 유닛을 모두 사용하면서도 용량 가변이 가능하며 세이빙 모드에 적합한 절전 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.

용량가변, 다단 압축기, 로터리 압축기, 파이로트 밸브

Description

다단 로터리 압축기의 용량가변장치{APPARATUS FOR CHANGING CAPACITY MULTI-STAGE ROTARY COMPRESSOR}

도 1은 종래의 다단 로터리 압축기의 일예를 도시한 단면도,

도 2는 본 발명의 제1 실시예를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 바이패스구멍의 패쇄상태를 도시한 동작 단면도,

도 4는 본 발명의 제1 실시예의 따른 바이패스구멍의 개방상태를 도시한 동작 단면도,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용량가변을 위한 계통도,

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 요부를 일부 파단하여 보인 사시도,

도 7, 8, 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 동작단면도이다.

** 도면의 주요부분에 대한 간단한 설명 **

1: 케이싱 2: 전동기구부

3: 고정자 4: 회전자

5: 회전축 6: 어큐뮬레이터

7: 응축기 8: 팽창기구

9: 팽창기구 10: 제1 압축기구부

11: 제1 실린더 12: 상부베어링

14: 제1 롤링피스톤 15: 제1 토출밸브

16: 제1 토출포트 17: 제1 흡입포트

19: 제1 내부공간 20: 제2 압축기구부

21: 제2 실린더 22: 하부베어링

23: 제2 롤링피스톤 24: 제2 토출밸브

26: 제2 토출포트 27: 제2 흡입포트

29: 제2 내부공간 30: 제1 가스흡입관

31: 제2 가스흡입관 33: 연결관

40: 가스토출관 110: 중간베어링

111, 311: 축구멍 112: 제1 밸브구멍

114: 제1 바이패스구멍 116, 236, 237: 밸브멈춤턱

121: 제1 슬라이딩밸브 123, 223, 233: 걸림돌기

125, 135: 스프링고정단 131: 밸브스토퍼

133: 연통구멍 141: 밸브스프링

150: O-링 160: 제1 배압절환유닛

162,212,222: 고압측 입구 163,213,223: 저압측 입구

164,214,224: 공통측 출구 165: 제1 절환밸브 하우징

166: 제1 절환밸브 167,217,227: 전자석

168: 제1 절환스프링 172: 제1 고압연결관

173: 제1 저압연결관 174: 제1 공통연결관

211: 제2 절환밸브유닛 215: 제2 절환밸브 하우징

216: 제2 절환밸브 218: 제2 절환스프링

221: 제3 절환밸브유닛 225: 제3 절환밸브 하우징

226: 제3 절환밸브 228: 제3 절환스프링

231: 제2 슬라이딩밸브 232: 제3 슬라이딩밸브

234: 제2 바이패스구멍 235: 제3 바이패스구멍

241: 제2 절환스프링 242: 제3 절환스프링

243: 제2 밸브구멍 244: 제3 밸브구멍

312: 제2 고압연결관 313: 제2 저압연결관

314: 제2 공통연결관 322: 제3 고압연결관

323: 제3 저압연결관 324: 제3 공통연결관

410: 제1 베인 420: 제2 베인

압축기는 전기 모터 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 특수가스에 압축일을 가함으로써 압력을 높여 주는 장치로서 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다. 압축기는 압축을 이루는 방식에 따라서 용적형과 터어보형으로 분류할 수 있다. 용적형압축기(positive displacement compressor)는 체적의 감소를 통해 압력을 증가시키는 압축방식을 지니며, 터어보형 압축기(turbo compressor)는 가스의 운동에너지를 압력에너지로 변환시켜 압축을 이룬다. 용적형 압축기 중 로터리 압축기는 주로 에어컨과 같은 공기조화기에 적용하는 것으로 최근 들어 에어컨의 기능이 다양해지는 추세에 부응하여 로터리 압축기도 용량을 가변할 수 있는 제품을 요구하고 있는 실정이다.

로터리 압축기는 냉매로서 지금까지 CFC계의 염소를 포함하는 냉매를 이용하고 있었다. 그러나 이러한 냉매는 오존층을 파괴하여 지구 온난화의 원인이 되므로 규제되고 있으며 기존의 냉매를 대신하는 대체 냉매의 연구 개발이 왕성하게 행해지고 있다. 대체 냉매로는 이산화탄소가 기대되고 있다. 더구나 지구온난화 문제는 냉매를 대체하는 문제에서 그치는 것이 아니고 기기의 에너지효율을 높여 주어야만 하는 과제로 연결된다. 이는 전기에너지의 많은 부분이 아직 화석연료를 사용하여 얻어지고 있는 바, 화석연료를 연소할 때 발생하는 이산화탄소는 지구온난화의 주범이기 때문이다.

냉동 시스템의 심장이라고 할 수 있는 압축기에서도 자연히 초유의 관심사는 어떻게 지구환경에 무해한 대체 냉매들을 기존의 압축기에 성능상의 손실이 없이 적용할 수 있는가에 있다.

용량을 가변할 수 있으며, 대체 냉매를 이용할 수 있는 압축기로서 복수의 압축 유닛을 구비한 다단 로터리 압축기가 있다.

도 1은 종래 복식 로터리 압축기의 일례를 보인 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 복식 로터리 압축기는, 2개의 가스흡입관 (30)(31)과 가스토출관(40)을 연통 설치하는 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)의 상측에 설치하여 회전력을 발생하도록 고정자(3)와 회전자(4)로 된 전동기구부(2)와, 상기 케이싱(1)의 하측에 상하로 설치하여 상기 전동기구부(2)에서 발생하는 회전력을 회전축(5)에 의해 전달받아 냉매를 각각 압축하는 제1 압축기구부(10) 및 제2 압축기구부(20)로 구성하고 있다.

또, 각 가스흡입관(30)(31)과 압축기구부(10)(20) 사이에는 흡입냉매에서 액냉매를 분리하는 한 개의 어큐뮬레이터(6)를 설치한다. 상기 제1 가스흡입관(30)은 제1 흡입포트(17)와 연결되어 제1 실린더(11)에 냉매를 공급하며, 상기 제2 가스흡입관(31)은 제2 흡입포트(27)와 연결되어 제2 실린더(21)에 냉매를 공급한다.

상기 제1 압축기구부(10)는 환형으로 형성하여 케이싱(1)의 내부에 설치하는 제1 실린더(11)와, 상기 제1 실린더(11)의 상하 양측을 복개하여 함께 제1 내부공간(19)을 이루면서 상기한 회전축(5)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 상부베어링(12) 및 중간베어링(13)과, 상기 회전축(5)의 상측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 제1 실린더(11)의 제1 내부공간(19)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(14)과, 상기 제1 롤링피스톤(14)의 외주면에 압접하도록 제1 실린더(11)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제1 실린더(11)의 제1 내부공간(19)을 제1 흡입실과 제1 압축실로 각각 구획하는 제1 베인(미도시)과, 상기 상부베어링(12)에 구비된 제1 토출포트(16) 선단에 개폐 가능하게 결합하여 제1 압축실에서 토출되는 냉매가스의 토출을 조절하는 제1 토출밸브(15)를 포함하고 있다.

상기 제2 압축기구부(20)는 환형으로 형성하여 케이싱(1) 내부의 제1 실린더 (11) 하측에 설치하는 제2 실린더(21)와, 상기 제2 실린더(21)의 상하 양측을 복개하여 함께 제2 내부공간(29)을 이루면서 상기한 회전축(5)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 중간베어링(13) 및 하부베어링(22)과, 상기 회전축(5)의 하측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 제2 실린더(21)의 제2 내부공간(29)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(23)과, 상기 제2 롤링피스톤(23)의 외주면에 압접하도록 제2 실린더(21)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제2 내부공간(29)을 제2 흡입실과 제2 압축실로 각각 구획하는 제2 베인(미도시)과, 상기 하부베어링(22)에 구비한 제2 토출포트(26) 선단에 개폐 가능하게 결합하여 제2 압축실에서 토출되는 냉매가스의 토출을 조절하는 제2 토출밸브(24)를 포함하고 있다.

상기와 같은 종래 복식 로터리 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 전동기구부(2)의 고정자(3)에 전원을 인가하여 회전자(4)가 회전하면, 회전축(5)이 회전자(4)와 함께 회전하면서 전동기구부(2)의 회전력을 제1 압축기구부(10)와 제2 압축기구부(20)에 전달하여 각 압축기구부(10)(20)의 내부공간(19)(29)에서 롤링피스톤(14)(23)과 베인(미도시)에 의해 냉매가스를 흡입 압축한 후 토출하도록 한다. 이때, 제1 압축기구부(10)와 제2 압축기구부(20)는 대략 180°의 위상차를 두고 번갈아 흡입과 압축 그리고 토출행정이 진행되는 것이었다.

이러한 통상의 다단 로터리 압축기는 롤링 피스톤이 실린더의 내경과 일점 접촉하면서 냉매를 흡입, 압축, 토출이 연속하여 행해진다. 부하가 많이 발생하여 큰 용량을 내고 싶으면(이하, 파워모드) 압축 유닛을 각각 구동시키면 된다. 이때, 압축기의 용량은 각각의 압축 유닛이 토출하는 냉매의 합이 될 것이다. 만약 부하 가 줄어 적은 용량을 내면서 절전의 효과를 얻고 싶으면(이하, 세이빙 모드) 일부의 압축 유닛으로 흡기되는 냉매를 차단하던지, 아니면 베인을 후퇴 후 피스(piece) 등으로 고정시켜 흡기실과 압축실의 구획을 없애서 롤링피스톤이 냉매를 압축하지 못하고 공회전(idling)시키면 된다.

세이빙 모드를 실현하는 또 다른 방법은 전동기구부로 제어 드라이브가 구비된 인버터 모터를 사용하여 속도 가변을 통해 냉매의 용량 가변을 구현한다.

이러한 통상적인 용량가변형 다단 로터리 압축기의 구조 및 운전 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 세이빙 모드시에 베인을 후퇴 고정시키는 방식은 피스 등의 별도 부품과 부품을 장착할 공간이 필요하고 제작 공정수가 증가하는 등의 문제점이 있다.

둘째, 피스가 반복적으로 베인에 대해 충격이 가해짐으로써 시간이 지날수록 표면을 상할 우려가 있으며, 마모 혹은 이물질 발생등의 신뢰성 문제가 유발될 수 있다.

세째, 구동 유닛으로 인버터 모터를 사용할 경우에는 일반적으로 고가여서 제작 단가의 상승을 가져온다. 따라서, 가격이 비교적 저렴한 정속 모터를 사용하면서도 용량 가변을 실현할 필요성이 있다.

넷째, 기존의 정속 모터를 사용하는 경우에는 실온제어를 위해 온/오프 동작을 자주 반복하기 때문에 기동 전류로 인한 전력소모가 크고 압축기구부의 마모가 가중되면서 압축기의 신뢰성이 저하될 뿐만 아니라 온/오프시 설정온도와의 편차가 크기 때문에 쾌적 제어가 난해하게 되는 문제점이 있다.

다섯째, 공회전하는 경우나 냉매의 흡입을 차단하는 경우나 모두 일부의 압축 유닛을 전혀 사용하지 않으므로 압축기의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 복수의 압축 유닛을 모두 사용하면서도 압축 효율을 극대화할 수 있으며 운전 중에 용량을 가변할 수 있을 뿐만 아니라 전력소모량 및 기구간 마모를 줄일 수 있도록 한 다단 로터리 압축기를 제공하는 데 있다.

이하, 본 발명에 의한 다단 로터리 압축기를 첨부도면에 도시한 실시 예들에 의거하여 상세하게 설명한다. 종래 기술과 동일한 사항은 동일부호를 적용하였다.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예를 도시한 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 다단 로터리 압축기는 복수 개의 가스흡입관(30)(31)과 가스토출관(40)을 연통 설치하는 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)의 상측에 설치하여 회전력을 발생하는 전동기구부(2)와, 상기 케이싱(1)의 하측에 복층으로 설치하여 상기 전동기구부(2)에서 발생한 회전력을 회전축(5)에 의해 전달받아 냉매를 각각 압축하는 제1 압축기구부(10) 및 제2 압축기구부(20)와, 두 압축기구부(10)(20)를 선택적으로 연통하여 압축기 용량을 가변하는 제1 슬라이딩밸브(121), 상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 배면에 각각 고압의 냉매가스를 선택적으로 공급하여 상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 개폐동작을 독립적으로 제어하는 제1 배압절환유닛(160)으로 구성한다.

상기 전동구동부(2)는 케이싱(1)의 내부에 고정하여 외부에서 전원을 인가하는 고정자(3)와, 상기 고정자(3)의 내부에 일정 공극을 두고 배치하여 상기한 고정자(3)와 상호 작용하면서 회전하는 회전자(4)로 이루어진다.

상기 제1 압축기구부(10)는 환형으로 형성하여 상기 케이싱(1)의 내부에 설치되며 냉매가 흡입되는 제1 냉매포트(17)를 내부에 구비한 제1 실린더(11)와, 상기 제1 실린더(11)의 상하 양측을 복개하여 함께 제1 내부공간(19)을 이루면서 상기 회전축(5)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 상부베어링(12) 및 중간베어링(110)과, 상기 회전축(5)의 상측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 제1 실린더(11)의 제1 내부공간(19)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(14)과, 상기 제1 롤링피스톤(14)의 외주면에 압접하도록 제1 실린더(11)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제1 내부공간(19)을 제1 흡입실과 제1 압축실로 각각 구획하는 제1 베인(미도시)과, 상부베어링(12)의 중앙부근에 구비한 제1 토출포트(16) 선단에 개폐 가능하게 결합하여 제1 압축실에서 토출되는 냉매가스의 토출을 조절하는 제1 토출밸브(15)로 이루어진다.

상기 제1 실린더(11)의 내부공간(19) 체적은 후술할 제2 실린더(21)의 내부공간(29) 체적과 동일하게 형성할 수도 있으나 상기한 제1 실린더(11)의 내부공간(19)과 제2 실린더(21)의 내부공간(29) 체적을 상이하게 형성할 수도 있다.

상기 제2 압축기구부(20)는 환형으로 형성하여 상기 케이싱(1) 내부의 제1 실린더(11) 하측에 설치하며 냉매가 흡입되는 제2 흡입포트(27)를 내부에 구비한 제2 실린더(21)와, 상기 제2 실린더(21)의 상하 양측을 복개하여 함께 제2 내부공 간(29)을 이루면서 상기 회전축(5)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 중간베어링(110) 및 하부베어링(22)과, 상기 회전축(5)의 하측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 제2 실린더(21)의 제2 내부공간(29)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(23)과, 상기 제2 롤링피스톤(23)의 외주면에 압접하도록 제2 실린더(21)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제2 내부공간(29)을 제2 흡입실과 제2 압축실로 각각 구획하는 제2 베인(미도시)과, 상기 하부베어링(22)의 중앙부근에 구비한 제2 토출포트(26) 선단에 개폐 가능하게 결합하여 제2 압축실에서 토출되는 냉매가스의 토출을 조절하는 제2 토출밸브(24)로 이루어진다.

이 때 제1 베인과 제2 베인, 제1 흡입포트(17)와 제2 흡입포트(27), 제1 토출포트(16)와 제2 토출포트(26)는 각각 수직방향으로 동일 위치에 형성되어 있다.

상기 중간베어링(110)은 그 중앙에 회전축(5)이 관통하는 축구멍(111)을 구비한 원판모양으로 형성하되 상기 제1 실린더(11)와 제2 실린더(21)의 각 내부공간(19, 29)을 서로 연통하도록 제1 바이패스구멍(114)을 축방향으로 관통 형성한다. 보다 자세히 제1 바이패스구멍(114)의 위치를 설명하면, 상기 제1 바이패스구멍(114)은 상기 제1 및 제2 내부공간(19, 29)의 각 압축실을 연통시키도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제1 바이패스구멍(114)에 반경방향으로 연통하여 상기 제1 슬라이딩밸브(121)가 미끄러지게 결합하도록 소정 깊이의 제1 밸브구멍(112)을 형성한다.

상기 제1 배압절환유닛(160)은 일종의 파일로트밸브로서, 고압측 입구(162)와 저압측 입구(163) 그리고 공통측 출구(164)를 형성하는 제1 절환밸브하우징 (165)과, 상기 제1 절환밸브하우징(165)의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구(162)와 공통측 출구(164) 또는 저압측 입구(163)와 공통측 출구(164)를 선택적으로 연결하는 제1 절환밸브(166)와, 상기 제1 절환밸브하우징(165)의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 제1 절환밸브(166)를 이동시키는 제1 전자석(167)과, 상기 제1 전자석(167)에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 제1 절환밸브(166)를 복원시키는 제1 절환스프링(168)으로 이루어진다.

상기 제1 배압절환유닛(160)은 각각 상기 고압측 입구(162)에 상기 케이싱(1)의 내부에 형성된 고압을 공급하도록 상기 가스토출관(40)과 연결시키는 제1 고압연결관(172)과, 냉매의 기액을 분리하는 어큐뮬레이터(6)로 흡입되는 연결관(33)의 중간을 상기 저압측 입구(163)에 연결하여 저압을 공급하는 제1 저압연결관(173)과, 상기 공통측 출구(164)를 제1 슬라이딩밸브(121)의 배면 쪽에 연결하여 고압 분위기 또는 저압 분위기를 공급하는 제1 공통연결관(174)이 연결된다.

도 3과 4는 본 발명에 따른 다단 로터리 압축기의 용량가변장치의 일부를 보인 동작 단면도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 제1 밸브구멍(112)의 내주면 안쪽에는 제1 슬라이딩밸브(121)의 닫힘시 상기 제1 슬라이딩밸브(121)에 형성된 걸림돌기(123)가 걸려 이동이 제한되도록 하는 밸브멈춤턱(116)을 단턱지게 형성하고, 상기 제1 슬라이딩밸브(121)가 제1 바이패스구멍(114)을 개방시 상기 걸림돌기(123)가 걸려 이동이 제한되도록 하는 밸브스토퍼(131)를 바깥쪽으로부터 삽입 결합한다.

상기 밸브스토퍼(131)는 제1 배압절환유닛(160)의 공통연결관(174)에 연결하 여 고압 또는 저압의 냉매가스가 상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 배면에 공급될 수 있도록 연통구멍(133)을 형성하고, 상기 연통구멍(133)의 내주면에는 후술할 밸브스프링(141)을 나사 체결하여 고정하도록 나사산(미부호)을 형성된 스프링 고정단(135)을 형성한다.

상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 내경 쪽(이하, 전방단이라고 약칭함)은 상기 제1 바이패스구멍(114)을 폐쇄할 수 있도록 막힌 통체로 형성하고, 그 타단(이하, 후방단이라고 약칭함)의 외주면에는 상기 밸브멈춤턱(116)에 걸려 상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 이동거리를 제한하도록 상기 걸림돌기(123)를 돌출 형성하여 이루어진다. 또, 상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 전방단 내주면에는 상기 밸브스프링(141)을 나사 체결하여 고정하도록 나사산(미부호)이 구비된 스프링고정단(125)을 단턱지게 형성한다.

상기 밸브스프링(141)은 다른 탄성부재로 대체할 수도 있다.

상기 제1 슬라이딩밸브(121)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 일측에 연통구멍(133)을 통해 작용하는 압력과 그 타측에 제1 바이패스구멍(114)을 통해 작용하는 압력이 평형을 이룰 때, 상기 제1 슬라이딩밸브(121)를 밸브스토퍼(131)쪽으로 당겨 제1 바이패스구멍(114)을 개방하도록 인장된 스프링으로 된 밸브스프링(141)을 설치한다. 이와 달리 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 슬라이딩밸브(121)의 일측에 연통구멍(133)을 통해 작용하는 압력이 타측에 제1 바이패스구멍(114)을 통해 작용하는 압력보다 클 때, 상기 밸브스프링(141)이 늘어나면서 상기 제1 슬라이딩밸브(121)이 제1 바이패스구멍(114)을 폐쇄한다.

도2 중 미설명 부호인 7는 응축기, 8은 팽창기구, 9은 증발기, 150는 오-링(O-ring)이다.

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

즉, 전동기구부(2)에 전원을 인가하면 회전축(5)이 회전을 하고, 회전력이 제1 압축기구부(10)와 제2 압축기구부(20)로 전달되어 제1 롤링피스톤(14)과 제2 롤링피스톤(23)이 각 실린더(11)(21)의 내부공간(19, 29)의 내주면과 압접하면서 선회운동을 하게 된다. 이때 제1 베인(미도시) 및 제2 베인(미도시)는 각 내부공간(19, 29)을 흡입실과 압축실로 구획하게 되는데, 흡입실에 형성된 흡입포트(17, 27)를 통하여 냉매가 흡입되어 압축실에서의 체적 변화에 의하여 압축되었다가 토출포트(16, 26)를 통해 케이싱(1)의 내부로 토출된다. 토출된 냉매는 가스토출관(40)을 통해 냉동사이클장치의 응축기(7)로 분출되었다가 팽창기구(8)와 증발기(9)를 차례로 거친후 다시 가스흡입관(30, 31)을 통해 각 실린더(11)(21)의 내부공간(19)(29)으로 흡입되는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 상기 다단 로터리 압축기는 이를 채용한 에어콘의 운전 상태에 따라 용량을 가변하면서 운전을 하게 되는데, 이하 파워 모드시와 세이빙 모드시를 각각 설명하면 다음과 같다.

먼저, 다단 로터리 압축기가 파워 모드로 운전을 하는 경우는 제1 압축기구부(10)와 제2 압축기구부(20)가 각각 운전하는 경우이다. 즉 도 3에서와 같이, 파일로트밸브인 제1 배압절환유닛(160)의 전자석(167)에 전원을 온(ON)시켜 제1 절환 밸브(166)가 절환스프링(168)을 이기고 고압측 입구(162)와 공통측 출구(164)를 연통시키도록 한다. 고압측 입구(162)는 제1 고압연결관(172)과 연결되어 있고, 제1 고압연결관(172)은 가스토출관(40)과 연결되어 있으므로 토출압이 제1 공통연결관(174)과 연통구멍(133)을 통해 제1 슬라이딩밸브(121)의 일측에 작용한다. 제1 슬라이딩밸브(121)의 타측에는 제1 바이패스구멍(114)을 통해 각 실린더(11)(21)의 내부압력이 작용하며 이 압력은 토출압보다 작으므로 밸브스프링(141)이 인장되면서 제1 슬라이딩밸브(121)를 전진시켜 제1 바이패스구멍(114)을 차단한다. 이로 인해 제1 실린더(11)로 흡입되는 냉매가스와 제2 실린더(21)로 흡입되는 냉매가스가 서로 혼합되지 않고 온전히 압축되어 케이싱(1)의 내부로 각각 토출되는 것이다.

다음, 다단 로터리 압축기가 세이빙 모드로 운전을 하는 경우는 다음과 같다. 도 4에서와 같이, 제1 배압절환유닛(160)의 전자석(167)에 전원을 오프시켜 저압측 입구(163)와 공통측 출구(164)를 연통시키도록 한다. 저압측 입구(163)는 제1 저압연결관(173) 및 연결관(33)과 연결되어 저압의 냉매가 유동하고 있으며, 이러한 냉매는 연통구멍(133)을 통해 제1 슬라이딩밸브(121)의 배면에 공급된다. 이 상태가 되면 밸브스프링(141)의 압축력에 의해 제1 슬라이딩밸브(121)는 후퇴하면서 제1 바이패스구멍(114)을 열게 되어 각 실린더(11, 21)의 내부 공간(19, 29)중 각 압축실(미도시)을 연통시키게 된다. 상기 제1 롤링피스톤(14)와 제2 롤링피스톤(23)은 위상차가 180°차이가 나도록 배치되어 있고, 상기 제1 압축기구부(10)의 내부공간(19) 중에서 제1 바이패스 구멍(114)이 노출된 제1 압축실과 상기 제2 압축기구부(20)의 내부공간(29)중에서 제1 바이패스 구멍(114)이 노출되는 제2 압축 실은 서로 체적과 내부압력이 다르다. 즉, 상기 제1 압축실의 압력이 제2 압축실의 압력보다 높을 경우에는 냉매가 제1 압축실에서 제2 압축실로 제1 바이패스 구멍(114)을 통하여 이동하게 되어 냉매가 압축되지 못한다.

회전이 계속되어 제1 롤링피스톤(14) 또는 상측 편심부가 상기 제1 바이패스구멍(114)을 폐쇄하는 위치부터는 더 이상 냉매가 바이패스되지 않고 제1 압축실에서 냉매가 압축되어 제1 토출포트(16)를 통해 토출되게 된다. 즉, 일부 냉매가 바이패스되고 일부 냉매가 압축되어 토출되므로 토출되는 냉매의 양이 줄어들게 된다.

같은 방식으로 상기 제2 압축실의 압력이 제1 압축실의 압력보다 높을 경우에는 냉매가 제2 압축실에서 제1 압축실로 제1 바이패스 구멍(114)을 통하여 이동하게 되어 냉매가 압축되지 못하다가 제2 롤링피스톤(23) 또는 편심부가 상기 제1 바이패스구멍(114)을 폐쇄하는 위치부터는 더 이상 냉매가 바이패스되지 않고 냉매가 압축되어 토출되게 된다.

각 압축유닛(10, 20)이 세이빙 모드로 운전할 경우에는 각 압축실의 전체 부피만큼 압축하지 못하고 압축실의 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 내부공간으로 바이패스 되면서 일부의 냉매만이 압축 토출되며 이러한 과정이 반복되면서 냉매의 토출 용량이 감소되는 것이다. 이러한 방식으로 파워 모드와 세이빙 모드시의 용량의 가변을 이룩할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다. 제2 실시예는 제1 실시예에 형성된 바이패스 구멍을 복수개로 형성하여 다단계 용량가변을 이룩할 수 있도록 한 것이다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예를 도시한 부분 절개도이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 중간베어링을 파단하여 보인 사시도이다. 제1 실시예와 동일한 사항에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하였다.

이에 도시된 바와 같이, 상기 중간베어링(210)은 그 중앙에 회전축(5)이 관통하는 축구멍(311)을 구비한 원판모양으로 형성하되 베인의 일측에 제2 바이패스구멍(234)과 제3 바이패스구멍(235)을 축방향으로 관통 형성한다.

상기 제2 바이패스구멍(234)과 제3 바이패스 구멍(235)은 베인을 기준으로 회전축의 회전방향을 따라 순서대로 형성된다. 예를 들어 상기 제2 바이패스구멍(234)이 제1 베인을 기준으로 회전축의 회전방향을 따라 160°부근에 형성되고, 상기 제3 바이패스구멍(235)은 240°부근에 형성될 수 있다.

또, 상기 제2 바이패스구멍(234)과 제3 바이패스구멍(235)에 반경방향으로 연통하여 제2 슬라이딩밸브(231)와 제3 슬라이딩밸브(232)가 각각 미끄러지게 결합하도록 소정 깊이의 제2 밸브구멍(243)과 제3 밸브구멍(244)을 형성한다.

상기 제2 배압절환유닛(211)은 일종의 파일로트밸브로서, 고압측 입구(212)와 저압측 입구(213) 그리고 공통측 출구(214)를 형성하는 제2 절환밸브하우징(215)과, 상기 제2 절환밸브하우징(215)의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구(212)와 공통측 출구(214) 또는 저압측 입구(213)와 공통측 출구(214)를 선택적으로 연결하는 제2 절환밸브(216)와, 상기 제2 절환밸브하우징(215)의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기 제2 절환밸브(216)를 이동시키는 제2 전자석 (217)과, 상기 제2 전자석(217)에 인가되던 전원을 차단할 때 상기 제2 절환밸브(216)를 복원시키는 제2 절환스프링(218)으로 이루어진다.

상기 제2 배압절환유닛(211)은 각각 상기 고압측 입구(212)에 케이싱(1)의 내부에 형성된 고압을 공급하도록 상기 가스토출관(40)과 연결시키는 제2 고압연결관(312)과, 각 냉매흡입관(30, 31)에 연결되는 연결관(33)의 중간을 상기 저압측 입구(213)에 연결하여 저압을 공급하는 제2 저압연결관(313)과, 상기 공통측 출구(214)를 제2 슬라이딩밸브(231)의 배면 쪽에 연결하여 고압 분위기 또는 저압 분위기를 공급하는 제2 공통연결관(314)이 연결된다.

상기 제3 배압절환유닛(221)은 일종의 파일로트밸브로서, 고압측 입구(222)와 저압측 입구(223) 그리고 공통측 출구(224)를 형성하는 제3 절환밸브하우징(225)과, 상기 제3 절환밸브하우징(225)의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구(222)와 공통측 출구(224) 또는 저압측 입구(223)와 공통측 출구(224)를 선택적으로 연결하는 제3 절환밸브(226)와, 상기 제3 절환밸브하우징(225)의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기 제3 절환밸브(226)를 이동시키는 제3 전자석(227)과, 상기 제3 전자석(227)에 인가되던 전원을 차단할 때 상기 제3 절환밸브(226)를 복원시키는 제3 절환스프링(228)으로 이루어진다.

상기 제3 배압절환유닛(221)은 각각 상기 고압측 입구(222)에 케이싱(1)의 내부에 형성된 고압을 공급하도록 상기 가스토출관(40)과 연결시키는 제3 고압연결관(322)과, 각 냉매흡입관(30, 31)에 연결되는 연결관(33)의 중간을 상기 저압측 입구(223)에 연결하여 저압을 공급하는 제3 저압연결관(323)과, 상기 공통측 출구 (224)를 제3 슬라이딩밸브(232)의 배면 쪽에 연결하여 고압 분위기 또는 저압 분위기를 공급하는 제3 공통연결관(324)이 연결된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 밸브구멍(243)의 내주면 안쪽에는 제2 슬라이딩밸브(231)의 닫힘시 상기 제2 슬라이딩밸브(231)의 걸림돌기(223)가 걸려 이동이 제한되도록 하는 밸브멈춤턱(236)을 단턱지게 형성하고, 상기 제2 슬라이딩밸브(231)의 열림시 상기한 걸림돌기(223)가 걸려 이동이 제한되도록 하는 밸브스토퍼(미도시)를 바깥쪽으로부터 삽입 결합한다.

또한, 이와 동일하게 상기 제3 밸브구멍(244)의 내주면 안쪽에는 제3 슬라이딩밸브(232)의 닫힘시 상기 제3 슬라이딩밸브(232)의 걸림돌기(233)가 걸려 이동이 제한되도록 하는 밸브멈춤턱(237)을 단턱지게 형성하고, 상기 제3 슬라이딩밸브(232)의 열림시 상기한 걸림돌기(233)가 걸려 이동이 제한되도록 하는 밸브스토퍼(미도시)를 바깥쪽으로부터 삽입 결합한다.

상기 밸브스토퍼의 구조는 제1 실시예와 동일하다. 또한, 상기 제2, 3슬라이딩밸브(231, 232)의 전방단 내주면에는 상기 밸브스프링(241, 242)을 나사 체결하여 고정하도록 나사산이 구비된 스프링 고정단(미도시)을 단턱지게 형성하는 것도 제1 실시예와 동일하다.

이하, 본 발명의 제2 실시예의 작동 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

도 7, 8, 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 작동을 설명하기 위한 동작단면도이다.

먼저, 파워 모드를 설명하면 다음과 같다. 이 경우에는 각 압축기구부(10, 20)가 각각 운전하여 100%의 냉매 유량을 토출한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 파이로트밸브인 제2 배압절환유닛(211)의 전자석(217)에 전원을 온(ON)시켜 제2 절환밸브(216)가 절환스프링(218)을 이기고 고압측 입구(212)와 공통측 출구(214)를 연통시키도록 한다. 이 상태가 되면 제2 슬라이딩밸브(231)의 일측에 작용하는 토출 압력이 제2 슬라이딩밸브(231)의 타측에 작용하는 각 실린더(11)(21)의 내부압력보다 높아지면서 제2 슬라이딩밸브(231)를 전진시켜 제2 바이패스구멍(234)을 차단한다. 이와 마찬가지로 제3 배압절환유닛(221)의 전자석(227)을 온시켜 고압측 입구(322)와 공통측 출구(324)를 연통시키면 제3 슬라이딩밸브(232)가 전진하여 제3 바이패스구멍(235)을 차단한다. 이로 인해 제1 실린더(11)로 흡입되는 냉매가스와 제2 실린더(21)로 흡입되는 냉매가스가 서로 혼합되지 않고 온전히 압축되어 케이싱(1)의 내부로 번갈아 토출되는 것이다. 이로 인해 제1 실린더(11)로 흡입되는 냉매가스와 제2 실린더(21)로 흡입되는 냉매가스가 서로 혼합되지 않고 온전히 압축되어 케이싱(1)의 내부로 각각 토출되는 것이다.

다음, 다단 로터리 압축기가 세이빙 모드로 운전하는 경우는 다음과 같다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 배압절환유닛(211)의 전자석(217)에 전원을 온(ON)시켜 제2 절환밸브(216)가 절환스프링(218)을 이기고 고압측 입구(212)와 공통측 출구(214)를 연통시키도록 한다. 이 상태가 되면 제2 슬라이딩밸브(231)의 일측에 작용하는 토출 압력이 제2 슬라이딩밸브(231)의 타측에 작용하는 각 실린더(11)(21)의 내부압력보다 높아지면서 제2 슬라이딩밸브(231)를 전진시켜 제2 바이패스구멍(234)을 차단한다. 이와 달리, 제3 배압절환유닛(221)의 전자석(227)에 전 원을 오프시켜 저압측 입구(223)와 공통측 출구(224)를 연통시키도록 한다. 저압측 입구(223)는 제3 저압연결관 및 연결관과 연결되어 저압의 냉매가 유동하고 있으며, 이러한 냉매는 연통구멍을 통해 제3 슬라이딩밸브(232)의 배면에 공급된다. 이 상태가 되면 밸브스프링의 압축력에 의해 제3 슬라이딩밸브(232)는 후퇴하면서 제3 바이패스구멍(235)을 열게 되어 각 실린더의 내부 공간중 각 압축실을 연통시키게 된다. 즉, 제1 실시예의 세이빙 모드때와 동일하게 압력이 높은 압축실에서 낮은 압축실로 제3 바이패스 구멍(235)을 통하여 이동하게 되어 냉매가 압축되지 못한다. 냉매가 압력이 높은 압축실에서 압력이 낮은 압축실로 제3 바이패스 구멍(235)을 통하여 이동하게 되어 냉매가 압축되지 못하다가 롤링피스톤 또는 편심부가 상기 제3 바이패스구멍(235)을 폐쇄하는 위치부터는 더 이상 냉매가 바이패스되지 않고 냉매가 압축되어 토출되게 되는 것은 제1 실시예와 같다. 세이빙 모드로 운전할 경우에는 각 압축실의 전체 부피만큼 압축하지 못하고 압축실의 압력이 높은 곳에서 압력이 낮은 내부공간으로 바이패스 되면서 일부의 냉매만이 압축 토출되며 이러한 과정이 반복되면서 냉매의 토출 용량이 감소되는 것이다.

다음, 세이빙 모드시 다른 토출용량을 구현하고 싶으면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제2,3 배압절환유닛(211, 221)을 조작하여 제2 바이패스구멍(234)을 개방하고 제3 바이패스구멍(235)을 패쇄한다. 제2 바이패스구멍(234)은 제3 바이패스구멍(235)에 비하여 베인(410, 420)을 기준으로 회전축의 회전방향을 따라 더 가깝게 위치한다.(예를 들어, 제2 바이패스 구멍은 160°, 제3 바이패스 구멍은 240°) 따라서, 롤링피스톤 또는 편심부가 상기 제2 바이패스구멍(234)을 폐쇄하여 더 이상 냉매가 바이패스되지 않고 냉매가 압축되어 토출되는 냉매토출량이 제3 바이패스구멍(235)이 폐쇄하여 냉매가 토출되는 양보다 많다. 따라서, 세이빙 모드시에도 냉매의 토출량을 가변할 수 있는 것이다.

이와 동일한 방식으로 3개 이상의 바이패스 구멍을 중간베어링에 형성하여 다단계의 용량가변을 구현할 수 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 다단 로터리 압축기는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 세이빙 모드시 베인을 후퇴 고정시키는 방식에 비하여 별도 부품과 장착 공간이 필요없으며, 제작 공정이 단순하다. 또한, 베인을 후퇴고정시키기 위한 피스가 필요없으므로 마모 및 이물질 발생등의 문제가 생기지 않아 신뢰성이 향상된다.

둘째, 세이빙 모드시에도 복수의 압축 유닛을 모두 사용하므로 모터 및 압축기의 효율이 향상될 뿐만 아니라 절전효과를 얻을 수 있다.

세째, 가격이 저가인 정속 모터를 사용하면서 용량을 가변시키게 되어 제작 단가를 감소시킬 수 있다.

Claims

제1 흡입포트와 제1 토출포트를 구비하고 선회운동을 하는 제1 롤링피스톤과 상기 제1 롤링피스톤에 접하여 직선운동을 하는 제1 베인에 의해 제1 흡입실과 제1 압축실이 구획되는 제1 실린더와,

제2 흡입포트와 제2 토출포트를 구비하고 선회운동을 하는 제2 롤링피스톤과 상기 제2 롤링피스톤에 접하여 직선운동을 하는 제2 베인에 의해 제2 흡입실과 제2 흡입실로 구획되는 제2 실린더와,

상기 제1 실린더와 제2 실린더의 사이에 삽입되며 상기 제1 실린더와 제2 실린더의 각 압축실을 서로 연통하도록 바이패스 구멍을 형성하고 상기 바이패스 구멍의 중간에 연통하도록 밸브구멍을 형성한 중간베어링과,

상기 중간베어링의 밸브구멍에 미끄러지게 결합하여 상기 바이패스 구멍을 선택적으로 개폐하는 슬라이딩 밸브와,

상기 슬라이딩 밸브의 일측에 토출압을 선택적으로 공급하는 배압절환유닛을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 흡입실 및 제1 압축실로 이루어지는 제1 실린더의 내부공간과 상기 제2 흡입실 및 제2 압축실로 이루어지는 제2 실린더의 내부공간이 서로 다른 체적을 갖는 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 흡입구와 제2 흡입구, 제1 토출구와 제2 토출구 및 제1 베인과 제2 베인은 각각 수직방향으로 나란히 배치된 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 중간베어링에 형성된 바이패스 구멍이 다수개인 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 배압절환유닛은 복수개인 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 배압절환유닛은 파이로트밸브인 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 제1 롤링피스톤과 상기 제2 롤링피스톤은 서로 위상차가 180°인 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 슬라이딩 밸브는 상기 밸브구멍을 폐쇄할 수 있도록 실린더의 내경 쪽은 막힌 반면 타측은 개구된 통체로 형성된 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 8항에 있어서, 상기 슬라이딩밸브의 개구측 끝단에는 걸림돌기를 형성하고, 상기 밸브구멍의 내주면에는 상기 슬라이딩밸브의 닫힘 동작시 상기 슬라이딩밸브의 걸림돌기가 걸려 이동을 제한할 수 있도록 밸브멈춤턱을 단차지게 형성하는 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 9항에 있어서, 상기 밸브구멍의 바깥쪽에는 상기 슬라이딩밸브의 열림 동작시 상기 슬라이딩밸브의 개구측 끝단이 걸려 이동이 제한되도록 밸브스토퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 10항에 있어서, 상기 슬라이딩밸브와 밸브스토퍼 사이에는 탄성부재를 개재하는 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 11항에 있어서, 상기 탄성부재는 슬라이딩밸브의 실린더측 압력과 배압이 평형을 이룰 때 상기 슬라이딩밸브를 밸브스토퍼 쪽으로 당겨 상기 바이패스구멍을 개방하도록 인장스프링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 1항에 있어서, 상기 배압절환유닛은 고압측 입구, 저압측 입구, 공통측 출구를 형성하는 제1 절환밸브 하우징과,

상기 절환밸브하우징의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기 고압측 입구와 공통측 출구 또는 저압측 입구와 공통측 출구를 선택적으로 연결하는 절환밸브와

상기 절환밸브하우징의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기 절환밸브를 이동시키는 전자석과,

상기 전자석에 인가된 전원을 차단할 때 상기 절환밸브를 복원시키는 절환스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 13항에 있어서, 상기 배압절환유닛은 상기 고압측 입구에 고압을 공급하도록 가스토출관과 연결된 고압연결관과,

상기 저압측 입구에 저압을 공급하도록 흡입관과 연결된 저압연결관과,

상기 공통측 출구와 상기 슬라이딩밸브의 배면을 연결하여 고압 또는 저압을 공급하는 공통연결관이 연결된 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.
제 14항에 있어서, 상기 저압연결관은 냉매의 기액을 분리하는 어큐뮬레이터로 흡입되는 연결관의 중간과 상기 저압측 입구를 연결하는 것을 특징으로 하는 다단 로터리 압축기의 용량가변장치.