WO2018221902A1 - 컨트롤 밸브 및 가변 용량식 압축기 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a control valve and a variable displacement compressor, and more particularly to a control valve and a variable displacement compressor that can improve the efficiency of the compressor by preventing unnecessary loss of the control gas.
- the compressor applied to the air conditioning system sucks the refrigerant gas through the evaporator and compresses the refrigerant gas into a high-temperature and high-pressure refrigerant gas and discharges it to the condenser.
- Various compressors such as reciprocating, rotary, scroll, and swash plate are used. It is used.
- a compressor using an electric motor as a power source is commonly referred to as an electric compressor
- a swash plate compressor is one of many types of air conditioners for vehicles.
- a disk-shaped swash plate is inclinedly installed on a driving shaft that is rotated by receiving engine power, and is rotated by the driving shaft.
- a plurality of pistons linearly reciprocate in the cylinder by the rotation of the swash plate, the refrigerant gas It is the principle to discharge by suction or compression.
- the variable displacement swash plate type compressor as disclosed in Korean Patent Publication No. 2012-0100189 is to change the inclination angle of the swash plate by adjusting the pressure of the crankcase. The discharge amount is adjusted.
- variable displacement swash plate type compressor In the variable displacement swash plate type compressor, the refrigerant gas of the crank chamber is discharged to the suction chamber to form a flow path through the fixed orifice hole so that the compressor can operate in a variable manner.
- These fixed orifice holes are generally formed in the valve plate of a variable displacement swash plate type compressor, which is large in size due to the processability of the valve plate.
- the refrigerant in the crank chamber is excessively leaked into the suction chamber, and in order to compensate for this, an inefficient stroke such as continuous high pressure discharge chamber refrigerant flows into the crank chamber.
- the present invention in the control valve 700 for adjusting the angle of the swash plate 500 of the variable displacement compressor, the first hole 712 in communication with the discharge chamber 320 of the compressor ), A valve housing 710 in which a second hole 714 communicating with the crank chamber 250 and a third hole 716 communicating with the suction chamber 310 are formed; A first flow path communicating with the first hole 712 and a second hole 714 in the valve housing 710, and a second flow path communicating with the second hole 714 and the third hole 716; First opening and closing means for opening and closing the first flow path; And a second opening / closing means for opening and closing the second flow path, wherein the first flow path is completely opened when the first condition reduces the inclination angle of the swash plate 500 to minimize the moving distance of the piston 112.
- the second flow path is partially open, and when the second condition increases the inclination angle of the swash plate 500 to maximize the moving distance of the piston 112, the first flow path is completely closed and the second flow path is completely closed. It is possible to provide a control valve characterized in that the opening.
- the first flow path is partially opened, and
- the second flow path may be opened to a size larger than the partial opening and smaller than the full opening.
- the second opening and closing means may open the second flow path larger in the order of the first condition ⁇ the third condition ⁇ the second condition.
- the second opening and closing means may include first to third orifice holes for individually opening and closing the second flow path, and in the first condition, the second orifice hole opens the second flow path, and the remaining first and third Three orifice holes are characterized in that for closing the second flow path.
- the first to the third orifice hole is characterized in that for opening the second flow path.
- the first and second orifice holes open the second flow path, and the third orifice hole closes the second flow path.
- the first opening and closing means may be a ball valve that opens or closes the first flow path by contacting or spaced between the valve housing 710 between the first hole 712 and the second hole 714.
- the present invention the control valve 700; A crank chamber 250 in which the swash plate 500 is disposed; A cylinder bore 110 in which the piston 112 reciprocates and the refrigerant is compressed; A valve assembly 600 which sucks or discharges refrigerant into the cylinder bore 110;
- the valve assembly 600 includes a suction hole through which the refrigerant to be sucked flows, a discharge hole through which the refrigerant is discharged, the control valve 700 and the suction chamber 310, and a discharge chamber 320.
- a valve plate having only first to third distribution holes for connecting each of the crank chambers 250; A suction lead disposed on one surface of the valve plate to open and close the suction hole; A discharge lead disposed on the other surface of the plate to open and close the discharge hole; It provides a variable displacement compressor comprising a.
- the present invention the control valve 700; A crank chamber 250 in which the swash plate 500 is disposed; A cylinder bore 110 in which the piston 112 reciprocates and the refrigerant is compressed; A valve assembly 600 which sucks or discharges refrigerant into the cylinder bore 110;
- the valve assembly 600 includes a suction hole through which the refrigerant to be sucked flows, a discharge hole through which the refrigerant is discharged, the control valve 700 and the suction chamber 310, and a discharge chamber 320.
- a valve plate having only first to third distribution holes for connecting each of the crank chambers 250 and assembly holes for fastening the housing;
- a suction lead disposed on one surface of the valve plate to open and close the suction hole;
- a discharge lead disposed on the other surface of the plate to open and close the discharge hole; It provides a variable displacement compressor comprising a.
- control valve 700 In addition, the control valve 700; A crank chamber 250 in which the swash plate 500 is disposed; A cylinder bore 110 in which the piston 112 reciprocates and the refrigerant is compressed; A valve assembly 600 which sucks or discharges refrigerant into the cylinder bore 110;
- the valve assembly 600 includes a suction hole through which the refrigerant to be sucked passes, a discharge hole through which the refrigerant is discharged, the control valve and the suction chamber 310, a discharge chamber 320, and the crank chamber.
- a valve plate having only first to third distribution holes for connecting each of them, assembly holes for fastening the housing, and coupling holes for coupling the following discharge leads;
- a suction lead disposed on one surface of the valve plate to open and close the suction hole;
- a discharge lead disposed on the other surface of the plate to open and close the discharge hole; It provides a variable displacement compressor comprising a.
- crank chamber 250 is disposed swash plate 500; A piston 112 connected to the swash plate 500; A cylinder bore 110 into which the piston 112 is inserted and which coolant is sucked in and discharged after compression; A suction chamber 310 which receives the refrigerant from the outside and provides the refrigerant to the cylinder bore 110; A discharge chamber 320 for transferring the refrigerant discharged from the cylinder bore 110 to the outside; A control valve 700 connected to each of the crank chamber 250, the suction chamber 310, and the discharge chamber 320 to adjust the angle of the swash plate 500; And an orifice hole formed in a flow path connecting the control valve 700 and the crank chamber 250 to connect the crank chamber 250 and the suction chamber 310.
- a valve assembly 600 is disposed between the cylinder bore 110, the suction chamber 310, and the discharge chamber 320 to distribute the refrigerant.
- the valve assembly 600 includes a suction hole through which the refrigerant moves from the suction chamber 310 to the cylinder bore 110, and a discharge hole through which the refrigerant moves from the cylinder bore 110 to the discharge chamber 320.
- a valve plate having only first to third distribution holes for connecting each of the control valve 700, the suction chamber 310, the discharge chamber 320, and the crank chamber 250;
- a suction lead disposed on one surface of the valve plate to open and close the suction hole;
- a discharge lead disposed on the other surface of the plate to open and close the discharge hole; It includes.
- the valve assembly 600 includes a suction hole through which the refrigerant moves from the suction chamber 310 to the cylinder bore 110, and a discharge hole through which the refrigerant moves from the cylinder bore 110 to the discharge chamber 320.
- the first and third distribution holes for connecting the control valve 700, the suction chamber 310, the discharge chamber 320, and the crank chamber 250 and the assembly holes for fastening the housing are formed.
- the valve assembly 600 includes a suction hole through which the refrigerant moves from the suction chamber 310 to the cylinder bore 110, and a discharge hole through which the refrigerant moves from the cylinder bore 110 to the discharge chamber 320.
- the first to third distribution holes for connecting the control valve 700 and the suction chamber 310, the discharge chamber 320, and the crank chamber 250, assembly holes for fastening the housing, and discharge below A valve plate having only coupling holes for coupling leads;
- a suction lead disposed on one surface of the valve plate to open and close the suction hole; It is disposed on the other surface of the plate, the discharge lead for opening and closing the discharge hole; characterized in that it comprises a.
- variable displacement compressor reduces the loss of the control gas by removing the fixed orifice hole formed in the existing valve assembly and forming it in the control valve or the flow path connecting the control valve and the crank chamber.
- the size of the fixed orifice hole can be varied (possibly by opening and closing a plurality of holes) according to the operation of the compressor, and the flow path connecting the control valve and the crank chamber.
- the loss of the control gas is reduced because it can be processed to a smaller size than the conventional one, where the minimum size was limited due to the difficulty of processing.
- FIG. 1 is a partial perspective view briefly showing a typical swash plate compressor
- FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing an example of a flow path and a fixed orifice hole according to the variable displacement compressor of the present invention
- FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing another example of a flow path and a fixed orifice hole according to the variable displacement compressor of the present invention
- Figure 4 is a schematic diagram showing the maximum stroke time of the control valve according to the variable displacement compressor of the present invention
- FIG. 5 is a schematic view showing a variable stroke of the control valve according to the variable displacement compressor of the present invention.
- FIGS. 6 is a plan view illustrating a Pc-Pd-Ps flow path according to the swash plate compressor of FIGS. 2 and 3;
- FIG. 7 is a schematic diagram showing a detailed operation state of the control valve in the control off mode according to the variable displacement compressor of another embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic diagram showing a detailed operation state of the control valve in the variable mode according to the variable displacement compressor as shown in FIG.
- FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a detailed operation state of a control valve in the maximum movement mode according to the variable displacement compressor of FIG. 7.
- a swash plate compressor according to an embodiment of the present invention will be described in detail (in the present invention, the refrigerant gas flowing in the compressor is represented by gas, refrigerant gas, etc., and flows to the control valve). Since refrigerant gas is a control concept, it will be expressed as a control gas).
- FIG. 1 is a partial perspective view briefly showing a general swash plate compressor.
- the basic configuration of the compressor will be described with reference to FIG. 1, and the basic configuration of the compressor except for the main configuration of the present invention is not limited thereto.
- variable displacement swash plate compressor 10 includes a substantially cylindrical main housing 100, a front housing 200 coupled to the front of the main housing 100, and a main housing 100. It is composed of a rear housing 300 coupled to the rear of the, and a driving unit provided therein.
- a cylinder block having a plurality of cylinder bores 110 is provided inside the main housing 100, and pistons 112 are inserted into the cylinder bores, respectively.
- the driving unit is disposed in the front housing 200, and the suction chamber 310 and the discharge chamber (not shown in FIG. 1) are disposed in the rear housing 300.
- the driving unit includes a drive shaft 230 that is coupled to the pulley 210 to receive the power of the engine and rotates, a rotor 400 and a swash plate 500 that are coupled to the drive shaft 230.
- the drive shaft 230 is installed over the front housing 200 and the main housing 100, and the rotor 400 and the swash plate 500 are disposed in the front housing 200.
- the piston 112 is connected to the swash plate 500 which is driven at an angle with respect to the drive shaft 230 at a predetermined angle, and is a straight line moving back and forth along the length direction in the cylinder bore 110 by driving the swash plate 500. It will reciprocate.
- the refrigerant gas is compressed by the reciprocating motion of the piston 112.
- the space in which the rotor 400 and the swash plate 500 are accommodated in the front housing 200 is called a control chamber or a crank chamber 250, and the inclination angle of the swash plate 500 is changed by adjusting the pressure of the crank chamber 250.
- the inclination angle of the swash plate 500 is adjusted to adjust the refrigerant discharge amount and pressure.
- the rear housing 300 includes a suction chamber 310 for receiving refrigerant gas sucked into the piston 112, a discharge chamber 320 for discharging the refrigerant compressed by the piston 112, and a control valve (not shown in FIG. 1). Shown).
- the valve assembly 600 is provided between the rear housing 300 and the main housing 100 to open and close the flow path of the refrigerant gas communicated with the suction chamber 310 and the discharge chamber during suction and discharge of the refrigerant gas.
- the valve plate is provided with a suction lead and a discharge lead, but unlike the conventional, there is no fixed orifice hole for access of the control gas (the detailed configuration of the valve plate will be omitted since it is a general configuration).
- to eliminate the fixed orifice hole generally provided in the valve plate and to propose a structure that minimizes the loss of the control gas by applying the orifice structure to the rear housing 300 and the control valve.
- the refrigerant gas in the suction chamber 310 is sucked into the cylinder bore 110, and the refrigerant gas compressed by the piston 112 is discharged into the discharge chamber 320.
- the first flow path (dashed line in FIG. 2) communicating with the discharge chamber 320 and the control valve to the crank chamber 250, and the second flow path communicating with the suction chamber 310 from the crank chamber 250 (FIG. 2). Solid line) is a flow path controlled by a control valve.
- the pressure of the crank chamber 250 is controlled by the control valve to increase, and the inclination angle of the swash plate 500 is also reduced to be close to the drive shaft 230.
- the piston movement distance is also reduced to reduce the refrigerant discharge amount (first condition).
- the amount of refrigerant discharge is also adjusted between the first condition and the second condition.
- the pressure of the crank chamber 250 should be lowered as much as possible.
- a high-pressure control gas inside the crank chamber 250 is sucked in. It must exit quickly into the yarn 310.
- an orifice hole is provided on a control valve (opening a flow path connecting the crank chamber and the suction chamber) and the valve plate to allow the refrigerant gas inside the crank chamber 250 to flow out into the suction chamber 310. Only the control valve is allowed to escape the control gas into the suction chamber (310).
- the control valve 700 by configuring a variable orifice (described later) on the control valve 700 and the variable orifice is opened to the maximum when the maximum discharge is required, the control gas inside the crank chamber 250 is sucked in a short time It may move to the yarn 310.
- a variable orifice described later
- the control gas should be quickly filled with the crank chamber 250.
- the variable orifice provided on the control valve 700 is narrowed to minimize the amount of control gas discharged from the crank chamber 250 so that the control gas can be quickly filled in the crank chamber 250.
- the control gas may be filled in the crank chamber 250 more quickly because there is no existing fixed orifice or the size is smaller than the existing fixed orifice.
- FIG 2 is a partial cross-sectional view showing an example of the flow path and the fixed orifice hole according to the variable displacement compressor of the present invention
- Figure 3 is a partial cross-sectional view showing another example of the flow path and fixed orifice hole according to the variable displacement compressor of the present invention. (The first flow path is shown by the dotted line and the second flow path is shown by the solid line).
- the refrigerant gas when the refrigerant gas is discharged from the crank chamber 250, the refrigerant gas flows toward the cylinder bore 110 along the second flow path, which is the same path as the first flow path.
- the refrigerant gas moves to the rear housing 300 through the suction lead of the valve plate and passes through the fixed orifice hole 330 formed through the wall of the rear housing 300 on the second flow path toward the suction chamber 310. Discharged to 310.
- the fixed orifice hole 330 may be disposed in a direction oblique to the longitudinal direction of the drive shaft 230.
- the fixed orifice hole 330 ′ may be disposed in a direction perpendicular to the length direction of the driving shaft 230.
- the high pressure gas of the discharge chamber 320 passes through the control valve and the crank chamber 250 in the rear housing 300.
- the fixed orifice previously formed in the valve assembly 600 may be deleted, and the orifice may be moved to the rear housing 300 as shown in FIGS. 2 and 3, or the control orifice may be moved to a control valve to be described later.
- the loss can be minimized.
- the orifice holes 330 and 330 ′ may be further reduced than when provided in the valve assembly 600.
- the discharge chamber-crank chamber communication hole and the crank chamber- suction chamber communication hole formed in the rear housing 300 may be provided as one communication hole and a separate valve body may be used to vary the size of the orifice.
- FIG. 4 is a schematic diagram showing the maximum stroke of the control valve according to the variable displacement compressor of the present invention
- Figure 5 is a schematic diagram showing a variable stroke of the control valve according to the variable displacement compressor of the present invention.
- the control valve 700 has an inlet 712 through which a refrigerant gas flows in a longitudinal side surface of the valve housing 710, and is opposed to the inlet 712.
- the variable orifice 714 is formed on the other side of the valve housing 710.
- the valve lid 730 is accommodated in the valve housing 710, and one end in the longitudinal direction of the valve lid 730 is elastically supported by the spring 750.
- One side of the valve lead 730 in the longitudinal direction corresponding to the direction of the inflow portion 712 is opened to introduce the refrigerant gas.
- a hole is formed in one end of the spring of the valve lid 730 to allow the refrigerant gas to pass through, and the gas passing through the valve lid 730 exits to the variable orifice 714.
- variable orifice 714 itself formed through the valve housing 710 is a hole having a predetermined size
- the opening degree of the variable orifice 714 is changed by the valve lid 730, and thus the variable orifice 714 is defined as a variable orifice.
- inflow of the refrigerant gas from the discharge chamber 320 is blocked at the maximum stroke at which the inclination angle of the swash plate 500 is maximum (to be described later in a detailed embodiment of the control valve).
- the refrigerant gas flows into the control valve 700 from 250. Since the restoring force of the spring 750 is set larger than the pressure of this control gas, the valve lid 730 is pushed by the restoring force of the spring 750, and the variable orifice 714 is opened. Thereafter, the refrigerant gas introduced through the inlet 712 of the valve housing 710 flows into the opened portion of the valve lid 713. The introduced refrigerant gas moves in the direction Ps of the suction chamber 310 through the variable orifice 714.
- the pressure of the control gas is higher than the spring 750. Will grow. Accordingly, the valve lid 730 blocks a portion of the variable orifice 714 while pressing the spring 750. Therefore, even though the refrigerant gas introduced through the inlet 712 of the valve housing 710 passes through the valve lid 730, the amount of the refrigerant gas flowing out into the variable orifice 714 is greatly reduced. In this manner, the size of the variable orifice 714 formed on the valve housing 710 can vary.
- control valve According to the flow of the refrigerant gas, the detailed configuration and operation relationship of the control valve according to the flow of the refrigerant gas will be described in detail.
- a control valve will be described based on a ball type valve, but this is merely an example and the present invention is not limited thereto.
- FIG. 6 is a plan view illustrating a Pc-Pd-Ps flow path according to the swash plate compressors of FIGS. 2 and 3, and FIG. 7 is a detailed operation state of a control valve in a control off mode according to a variable displacement compressor according to another embodiment of the present invention. It is a schematic diagram shown.
- the first flow path communicates with the first hole 712 and the second hole 714 in the valve housing 710, and the second flow path communicates with the second hole 714 and the third hole 716.
- first condition When the inclination angle of the swash plate 500 is reduced to minimize the moving distance of the piston 112 (first condition), the first flow path is fully open and the second flow path is partially open, and the moving distance of the piston 112 is maximized.
- second condition In order to increase the inclination angle of the swash plate 500 (second condition), the first flow path is completely closed and the second flow path is fully open.
- the first flow path may be partially opened and the second flow path may be opened to a size larger than the partial opening and smaller than the full opening.
- the refrigerant gas flows into the rear housing 300 through the communication hole, and passes through the valve assembly 600 to the crank chamber 250 (see the position of FIG. 1). Move (in the direction of the dashed arrow).
- the fixed orifice hole of the rear housing 300 may be deleted, and the refrigerant gas may be introduced into the suction chamber 310 only through the variable orifice 714 formed in the control valve 700.
- the rear housing 300 is formed with a hole in communication with each hole of the control valve 700.
- the crank chamber direction is represented by Pc
- the suction chamber direction by Ps
- the discharge chamber direction by Pd and each direction hole formed in the control valve 700 corresponds to each hole of the rear housing 300 as shown in FIG. 6.
- the ball type control valve 700 may have a structure as shown in FIG. 7.
- the control valve 700 may first include a valve housing 710, and the valve housing 710 may include a first hole 712 and a crank chamber direction Pc through which control gas is introduced in the discharge chamber direction Pd.
- a valve head 720 having a spherical shape is inserted into the valve housing 710, and a portion in which the valve head 720 is inserted has an inner circumferential surface that can be selectively opened and closed by the valve head 720.
- the valve head 720 is elastically supported by the spring 770.
- the valve lead 730 protrudes and extends on one side of the valve head 720, and the recessed groove 732 is formed inside the valve lead 730.
- the valve lid 730 is a form in which the lid housing 740 surrounds the outer circumferential surface, and the lead housing 740 is a lead flow passage 744 through which a control gas passes between the outer wall and the support 742 supported by contacting the valve lid 730. ) Is penetrated in the longitudinal direction.
- a protrusion 740a protruding outward is provided at an end opposite to the valve head 720 among the longitudinal ends of the lead housing 740.
- the first orifice hole 746a and the second orifice hole 746b are formed through the outer wall spaced apart from the protrusion 740a. Referring to FIG. 7, the first orifice hole 746a and the second orifice hole 746b are disposed to face each other, but are not disposed in a straight line.
- the first lead block 750 and the second lead block 760 are provided at ends of the lead housing 740.
- the second lead block 760 is inserted into the first lead block 750, and a lead insertion part 762 inserted into the recessed groove 732 of the valve lead 730 at one end of the second lead block 760. ) Is formed to protrude.
- FIG. 7 illustrates the control gas flow in the control valve 700 when the inclination angle of the swash plate 500 is changed from the control off mode or the second condition to the first condition, and the discharge chamber 320 direction Pd.
- the control gas flows into the control valve 700 (solid line), it passes between the valve head 720 and the valve housing 710. A part of the control gas is discharged in the crank chamber direction Pc and a part flows into the lead flow path 744 of the lead housing 740.
- the control gas flows in the direction Ps of the suction chamber 310 only through the second orifice hole 746b. Since a part of the control gas is supplied in the crank chamber direction Pc without going in the direction Ps of the suction chamber 310, the amount of the refrigerant gas flowing out in the direction Ps of the suction chamber 310 may be minimized.
- the first orifice hole 746a is opened and closed according to the movement of the lid housing 740 moving by the valve lid 730, and the second orifice hole 746b is always kept open. Accordingly, the second orifice hole 746b may be defined as a fixed orifice hole and the first orifice hole 746a may be defined as a variable orifice hole.
- FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a detailed operation state of a control valve in a variable mode according to the variable displacement compressor shown in FIG. 7.
- the refrigerant gas moves in the same path as in FIG. 6.
- valve lead 730 moves further toward the first lead block 750 and the second lead block 760 while the amount of control gas discharged from the discharge chamber 320 direction Pd increases.
- the gap between the valve head 720 and the inner circumferential surface of the valve housing 710 is narrowed.
- the valve lid 730 and the lid housing 740 are pushed to the left with respect to FIG. 9, and the first orifice hole 746a is opened along with the second orifice hole 746b. do. Therefore, the control gas is supplied in the crank chamber direction Pc and the suction chamber 310 direction Ps, and the amount of the control gas supplied in the suction chamber 310 direction Ps increases.
- FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a detailed operation state of a control valve in the maximum movement mode according to the variable displacement compressor of FIG. 7.
- the refrigerant gas moves from the crank chamber 250 toward the suction chamber 310 along the dotted line direction.
- valve head 720 is pressurized by the pressure of the refrigerant gas flowing into the control valve 700 from the discharge chamber 320 direction Pd, and the valve head 720 is valved. Since the block is caught on the inner circumferential surface of the housing 710, the control gas does not pass through the valve head 720.
- the control gas is introduced from the crank chamber direction Pc through the second hole 714, and the first lead block 750 and the second lead block 760 are driven by the control gas passing through the lead housing 740.
- Maximum push is pushed.
- the region may be defined as the third orifice hole 764.
- the second orifice hole 746b which is a fixed orifice hole, is opened, the first orifice hole 746a, which is a variable orifice hole, is opened, and the third orifice hole 764 is opened, and is discharged in the direction Ps of the suction chamber 310.
- the loss of the control gas is reduced by removing the fixed orifice hole formed in the existing valve assembly and forming it in the control valve or the flow path connecting the control valve and the crank chamber.
- the size of the fixed orifice hole can be varied (possibly by opening and closing a plurality of holes) according to the operation of the compressor, and the flow path connecting the control valve and the crank chamber.
- the loss of the control gas is reduced because it can be processed to a smaller size than the conventional one, where the minimum size was limited due to the difficulty of processing.
- the present invention can provide a control valve and a variable displacement compressor capable of preventing unnecessary loss of control gas to improve the efficiency of the compressor.
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Abstract
본 발명은 컨트롤 가스의 불필요한 손실을 방지해 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 컨트롤 밸브 및 가변 용량식 압축기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 기존 밸브 어셈블리에 형성되던 고정 오리피스 홀을 삭제하고, 이를 컨트롤 밸브나 컨트롤 밸브와 크랭크실을 연결하는 유로에 형성함으로써 컨트롤 가스의 손실을 감소시킨다. 이때, 컨트롤 밸브에 고정 오리피스 홀을 형성할 경우 압축기의 동작에 따라 고정 오리피스 홀의 사이즈를 가변(다수의 홀을 선택적으로 개폐함으로써 가능)시킬 수 있는 장점이 있고, 컨트롤 밸브와 크랭크실을 연결하는 유로에 형성할 경우는 가공의 어려움 때문에 최소 사이즈가 한정되어 있던 기존보다 더 작은 사이즈로 가공될 수 있기 때문에 컨트롤 가스의 손실이 감소된다.
Description
본 발명은 컨트롤 밸브 및 가변 용량식 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 컨트롤 가스의 불필요한 손실을 방지해 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 컨트롤 밸브 및 가변 용량식 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, 크랭크실의 압력을 조절하여 사판의 경사각을 가변시키는 것으로, 사판의 경사각이 가변됨에 따라 피스톤의 이동 거리가 변화되어 냉매 토출량이 조절된다.
이러한 용량 가변형 사판식 압축기에서 크랭크실의 냉매 가스를 흡입실로 배출시켜 압축기가 가변작동을 할 수 있도록 고정 오리피스 홀을 통해 유로를 형성한다. 이러한 고정 오리피스 홀은 일반적으로 용량 가변형 사판식 압축기의 밸브 플레이트에 형성되어 있는데, 밸브 플레이트의 가공성의 한계로 인해 크기가 크다. 이로 인해 크랭크실의 냉매가 과도하게 흡입실로 유출되고, 이를 보완하고자 크랭크실에는 지속적으로 고압의 토출실 냉매가 유입되는 등 효율적이지 못한 행정이 지속된다.
따라서 이러한 문제를 개선할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 컨트롤 가스의 불필요한 손실을 방지해 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 컨트롤 밸브 및 가변 용량식 압축기를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가변 용량식 압축기의 사판(500) 각도를 조절하기 위한 컨트롤 밸브(700)에 있어서, 상기 압축기의 토출실(320)과 연통된 제1 홀(712), 크랭크실(250)과 연통된 제2 홀(714) 및 흡입실(310)과 연통된 제3 홀(716)이 형성된 밸브 하우징(710); 상기 밸브 하우징(710) 내부에서 상기 제1 홀(712)과 제2 홀(714)을 연통하는 제1 유로, 상기 제2 홀(714)과 제3 홀(716)을 연통하는 제2 유로; 상기 제1 유로를 개폐하는 제1 개폐 수단; 및 상기 제2 유로를 개폐하는 제2 개폐 수단을 포함하고, 피스톤(112)의 이동거리를 최소화하기 위해 상기 사판(500)의 경사각을 감소시키는 제1 조건일 경우 상기 제1 유로는 완전 개방하고 상기 제2 유로는 부분 개방하며, 상기 피스톤(112)의 이동거리를 최대화하기 위해 상기 사판(500)의 경사각을 증가시키는 제2 조건일 경우 상기 제1 유로는 완전 폐쇄하고 상기 제2 유로는 완전 개방하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브를 제공할 수 있다.
상기 제1 조건과 상기 제2 조건의 사이에 대응하는 상기 피스톤(112)의 이동거리를 갖도록 상기 사판(500)의 각을 조절하는 제3 조건의 경우, 상기 제1 유로는 부분 개방하고, 상기 제2 유로는 상기 부분 개방 보다는 크고 상기 완전 개방보다는 작은 크기로 개방하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 개폐수단은 상기 제1 조건 < 상기 제3 조건 < 상기 제2 조건 순으로 상기 제2 유로를 더 크게 개방하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 개폐수단은 상기 제2 유로를 개별적으로 개폐하는 제1 내지 제3 오리피스 홀을 포함하되, 상기 제1 조건에서 상기 제2 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 개방하고, 나머지 제1 및 제3 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 조건에서, 상기 제1 내지 제3 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 개방하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 조건에서, 상기 제1 및 제2 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 개방하고, 상기 제3 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 개폐수단은 상기 제1 홀(712)과 상기 제2 홀(714) 사이 상기 밸브 하우징(710)과 접촉 혹은 이격되어 상기 제1 유로를 개폐하는 볼 밸브인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 컨트롤 밸브(700); 사판(500)이 배치되는 크랭크실(250); 피스톤(112)이 왕복 운동하고 냉매가 압축되는 실린더 보어(110); 상기 실린더 보어(110)에 냉매를 흡입시키거나 토출시키는 밸브 어셈블리(600); 를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리(600)는 흡입되는 상기 냉매가 유통하는 흡입홀, 토출되는 상기 냉매가 유통하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 흡입실(310), 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀만이 형성된 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드; 상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드; 를 포함하는 가변 용량식 압축기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 컨트롤 밸브(700); 사판(500)이 배치되는 크랭크실(250); 피스톤(112)이 왕복 운동하고 냉매가 압축되는 실린더 보어(110); 상기 실린더 보어(110)에 냉매를 흡입시키거나 토출시키는 밸브 어셈블리(600); 를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리(600)는 흡입되는 상기 냉매가 유통하는 흡입홀, 토출되는 상기 냉매가 유통하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 흡입실(310), 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀 및 하우징 체결을 위한 조립홀만이 형성된 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드; 상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드; 를 포함하는 가변 용량식 압축기를 제공한다.
또한, 상기 컨트롤 밸브(700); 사판(500)이 배치되는 크랭크실(250); 피스톤(112)이 왕복 운동하고 냉매가 압축되는 실린더 보어(110); 상기 실린더 보어(110)에 냉매를 흡입시키거나 토출시키는 밸브 어셈블리(600); 를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리(600)는 흡입되는 상기 냉매가 유통하는 흡입홀, 토출되는 상기 냉매가 유통하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브와 흡입실(310), 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀, 하우징 체결을 위한 조립홀 및 하기 토출리드를 결합하기 위한 결합홀만이 형성된 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드; 상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드; 를 포함하는 가변 용량식 압축기를 제공한다.
또한, 사판(500)이 배치되는 크랭크실(250); 상기 사판(500)과 연결되는 피스톤(112); 상기 피스톤(112)이 삽입되고, 냉매가 흡입되어 압축 후 토출되는 실린더 보어(110); 외부로부터 상기 냉매를 전달받아 상기 실린더 보어(110)에 제공하는 흡입실(310); 상기 실린더 보어(110)에서 토출된 냉매를 외부에 전달하기 위한 토출실(320); 상기 사판(500)의 각도를 조절하기 위해 상기 크랭크실(250), 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320) 각각과 연결되는 컨트롤 밸브(700); 및 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 크랭크실(250)을 연결하는 유로에 형성되어 상기 크랭크실(250)과 상기 흡입실(310)을 연결하는 오리피스 홀을 포함하는 가변 용량식 압축기를 제공한다.
상기 실린더 보어(110)와 상기 흡입실(310) 및 토출실(320) 사이에 배치되어 상기 냉매를 유통하는 밸브 어셈블리(600)를 더 포함한다.
상기 밸브 어셈블리(600)는 상기 흡입실(310)에서 상기 실린더 보어(110)로 상기 냉매가 이동하는 흡입홀, 상기 실린더 보어(110)에서 상기 토출실(320)로 상기 냉매가 이동하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀만이 형성된 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드; 상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드; 를 포함한다.
상기 밸브 어셈블리(600)는 상기 흡입실(310)에서 상기 실린더 보어(110)로 상기 냉매가 이동하는 흡입홀, 상기 실린더 보어(110)에서 상기 토출실(320)로 상기 냉매가 이동하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀 및 하우징 체결을 위한 조립홀만이 형성된 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드; 상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드; 를 포함한다.
상기 밸브 어셈블리(600)는 상기 흡입실(310)에서 상기 실린더 보어(110)로 상기 냉매가 이동하는 흡입홀, 상기 실린더 보어(110)에서 상기 토출실(320)로 상기 냉매가 이동하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀, 하우징 체결을 위한 조립홀 및 하기 토출리드를 결합하기 위한 결합홀만이 형성된 밸브 플레이트; 상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드; 상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 가변 용량식 압축기는 기존 밸브 어셈블리에 형성되던 고정 오리피스 홀을 삭제하고, 이를 컨트롤 밸브나 컨트롤 밸브와 크랭크실을 연결하는 유로에 형성함으로써 컨트롤 가스의 손실을 감소시킨다. 이때, 컨트롤 밸브에 고정 오리피스 홀을 형성할 경우 압축기의 동작에 따라 고정 오리피스 홀의 사이즈를 가변(다수의 홀을 선택적으로 개폐함으로써 가능)시킬 수 있는 장점이 있고, 컨트롤 밸브와 크랭크실을 연결하는 유로에 형성할 경우는 가공의 어려움 때문에 최소 사이즈가 한정되어 있던 기존보다 더 작은 사이즈로 가공될 수 있기 때문에 컨트롤 가스의 손실이 감소된다.
도 1은 일반적인 사판식 압축기를 간략하게 도시한 부분 사시도,
도 2는 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 유로 및 고정 오리피스 홀의 일 예를 도시한 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 유로 및 고정 오리피스 홀의 다른 예를 도시한 부분 단면도,
도 4는 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 컨트롤 밸브의 최대 행정 시를 도시한 모식도,
도 5는 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 컨트롤 밸브의 가변 행정 시를 도시한 모식도,
도 6은 도 2 및 3의 사판식 압축기에 따른 Pc-Pd-Ps 유로를 도시한 평면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 가변 용량식 압축기에 따른 제어 오프 모드 시 컨트롤 밸브의 세부 동작 상태를 도시한 모식도,
도 8은 도 7과 같은 가변 용량식 압축기에 따른 가변 모드 시 컨트롤 밸브의 세부 동작 상태를 도시한 모식도,
도 9는 도 7과 같은 가변 용량식 압축기에 따른 최대 이동 모드 시 컨트롤 밸브의 세부 동작 상태를 도시한 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기에 대해 상세히 설명하기로 한다(본 발명에서 압축기 내부를 유동하는 냉매 가스는 가스, 냉매 가스 등으로 표현하고, 컨트롤 밸브로 유동하는 냉매 가스는 제어적인 개념이므로 컨트롤 가스로 구분하여 표현하기로 한다).
도 1은 일반적인 사판식 압축기를 간략하게 도시한 부분 사시도이다. 도 1을 참조하여 압축기의 기본 구성에 대해 설명하며, 본 발명의 주요 구성을 제외한 압축기의 기본 구성은 도 1을 참조하되 여기에 한정되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가변 용량형 사판식 압축기(10)는 대략 원통형의 메인 하우징(100)과, 메인 하우징(100)의 전방에 결합되는 프런트 하우징(200)과, 메인 하우징(100)의 후방에 결합되는 리어 하우징(300), 그리고 이들의 내부에 구비되는 구동부로 구성된다.
메인 하우징(100)의 내부에는 복수의 실린더 보어(110)가 구비된 실린더 블록이 구비되고, 실린더 보어 내부에 각각 피스톤(112)이 삽입된다. 구동부는 프런트 하우징(200)에 배치되고, 흡입실(310) 및 토출실(도 1에는 미도시)은 리어 하우징(300)에 배치된다.
구동부는 엔진의 동력을 전달 받는 풀리(210)와 결합되어 회전하는 구동축(230)과, 구동축(230) 상에 결합되는 로터(400) 및 사판(500)으로 구성된다. 구동축(230)은 프런트 하우징(200)과 메인 하우징(100)에 걸쳐 설치되며, 로터(400) 및 사판(500)은 프런트 하우징(200) 내에 배치된다.
피스톤(112)은 구동축(230)에 대해 일정 각도로 경사를 갖고 구동되는 사판(500)에 연결되며, 사판(500)의 구동에 의해 실린더 보어(110) 내에서 길이 방향을 따라 전후로 이동하는 직선 왕복운동을 하게 된다. 피스톤(112)의 왕복 운동에 따라 냉매 가스가 압축된다.
프런트 하우징(200) 내부에 로터(400) 및 사판(500)이 수용된 공간은 제어실 또는 크랭크실(250)이라고 하며, 크랭크실(250)의 압력을 조정함으로써 사판(500)의 경사각이 가변된다. 좀더 상세히 설명하면, 흡입실(310)과 크랭크실(250) 내의 차압을 가변시킴으로써 사판(500)의 경사 각도를 조절해 냉매 토출량 및 압력을 조절한다.
리어 하우징(300)에는 피스톤(112)으로 흡입되는 냉매 가스가 수용되는 흡입실(310)과, 피스톤(112)에 의해 압축된 냉매가 토출되는 토출실(320), 컨트롤 밸브(도 1에는 미도시됨)이 구비된다. 리어 하우징(300)과 메인 하우징(100)의 사이에는 밸브 어셈블리(600)이 구비되어 냉매 가스의 흡입 및 토출 시 흡입실(310)과 토출실로 연통된 냉매 가스의 유로를 개폐하는 역할을 한다. 이를 위해, 밸브 플레이트에는 흡입 리드 및 토출 리드가 구비되나 종래와는 달리 컨트롤 가스의 출입을 위한 고정 오리피스 홀은 구비되지 않는다(밸브 플레이트의 세부 구성은 일반적인 내용이므로 상세한 설명을 생략하기로 함). 본 발명에서는 밸브 플레이트에 일반적으로 구비되는 고정 오리피스 홀을 삭제하고, 리어 하우징(300) 및 컨트롤 밸브에 오리피스 구조를 적용함으로써 컨트롤 가스의 손실을 최소화하는 구조를 제안하고자 한다.
흡입실(310) 내의 냉매 가스는 실린더 보어(110)로 흡입되고, 피스톤(112)에 의해 압축된 냉매 가스는 토출실(320)로 토출된다. 토출실(320)과 컨트롤 밸브를 지나 크랭크실(250)로 연통되는 제1 유로(도 2의 점선))와, 크랭크실(250)에서 흡입실(310)로 연통되는 제2 유로(도 2의 실선)는 컨트롤 밸브에 의해 제어되는 유로이다.
냉방 부하가 작으면 컨트롤 밸브에 의해 크랭크실(250)의 압력이 증가하도록 제어되고, 사판(500)의 경사각 역시 감소되어 구동축(230)과 수직에 가까워진다. 사판(500)의 경사각이 감소되면 피스톤 이동 거리 역시 감소되어 냉매 토출량이 감소하게 된다(제1 조건).
반대로 냉방 부하가 크면 컨트롤 밸브에 의해 크랭크실(250)의 압력이 감소하도록 제어되고, 사판(500)의 경사각 역시 증가된다. 사판(500)의 경사각이 증가되면 피스톤의 이동 거리 역시 증가되어 냉매 토출량이 증가하게 된다(제2 조건).
제1 조건과 제2 조건의 사이에 대응하는 피스톤의 이동 거리를 갖도록 사판(500)의 경사각을 조절하는 경우(제3 조건)에서는 냉매 토출양 역시 제1 조건과 제2 조건의 사이에서 조절된다.
압축기의 초기 작동 시 또는 사판(500)의 경사각을 크게 하여 피스톤의 이동 거리를 최대화하기 위해서는 크랭크실(250)의 압력을 최대한 낮춰야 하는데, 이를 위해 크랭크실(250) 내부의 고압의 컨트롤 가스가 흡입실(310)로 빠르게 빠져나가야 한다. 종래에는 컨트롤 밸브(크랭크실과 흡입실을 연결하는 유로를 개방)와 밸브 플레이트 상에 오리피스 홀이 구비되어 크랭크실(250) 내부의 냉매 가스가 흡입실(310)로 빠져나가도록 했으나, 본 발명에서는 컨트롤 밸브로만 컨트롤 가스가 흡입실(310)로 빠져나가게 된다. 또한, 본 발명에서는 컨트롤 밸브(700) 상에 가변 오리피스(추후 설명함)를 구성하고 최대 토출을 요할 시 가변 오리피스가 최대로 개방되도록 구성함으로써 크랭크실(250) 내부의 컨트롤 가스가 빠른 시간 내에 흡입실(310)로 이동할 수 있다.
반대로 사판(500)의 경사각을 작게 하여 피스톤의 이동 거리를 감소시키기 위해서는 크랭크실(250)로 컨트롤 가스가 빠르게 채워져야 한다. 이를 위해, 컨트롤 밸브(700) 상에 구비된 가변 오리피스가 좁아져 크랭크실(250)로부터 배출되는 컨트롤 가스의 양을 최소화함으로써 크랭크실(250)에 컨트롤 가스가 빠르게 채워질 수 있도록 한다. 또한, 기존의 고정 오리피스가 없거나, 기존 대비 크기가 작기 때문에 더욱 빠르게 크랭크실(250)에 컨트롤 가스가 채워질 수 있다.
전술한 구성을 갖는 사판식 압축기에 있어서, 본 발명에 따른 냉매 가스가 이동하는 유로 및 오리피스 구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 유로 및 고정 오리피스 홀의 일 예를 도시한 부분 단면도, 도 3은 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 유로 및 고정 오리피스 홀의 다른 예를 도시한 부분 단면도이다(여기서 제1 유로는 점선으로, 제2 유로는 실선으로 도시함).
도 2에 도시된 바와 같이, 크랭크실(250)로 냉매 가스를 공급할 때에는 토출실(320)에 연통된 토출실 연통홀(Pd)로부터 냉매 가스가 유입되어 제1 유로를 따라 크랭크실(250)로 이동된다
반대로 크랭크실(250)로부터 냉매 가스가 토출될 때에는 제1 유로와 동일한 경로인 제2 유로를 따라 냉매 가스가 실린더 보어(110) 쪽으로 유입된다. 냉매 가스는 밸브 플레이트의 흡입 리드를 통과해 리어 하우징(300) 쪽으로 이동하며, 제2 유로 상의 리어 하우징(300)의 벽면으로부터 흡입실(310) 쪽으로 관통 형성된 고정 오리피스 홀(330)을 통해 흡입실(310)로 배출된다. 이때 고정 오리피스 홀(330)은 구동축(230)의 길이 방향에 사선인 방향으로 배치될 수 있다.
고정 오리피스 홀(330')은 도 3에 도시된 바와 같이, 구동축(230)의 길이 방향에 수직인 방향으로 배치될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 밸브 어셈블리(600)에 고정 오리피스를 구비해 발생할 수 있는 컨트롤 가스의 손실을 최소화하기 위해 리어 하우징(300)에서 토출실(320)의 고압 가스가 컨트롤 밸브를 지나 크랭크실(250)과 연통하는 통로(제2 유로)와, 크랭크실(250)에서 흡입실(310)로 연통되는 통로(제1 유로)를 하나의 통로로 구성한다.
이에 따라 기존에 밸브 어셈블리(600)에 형성되어 있던 고정 오리피스를 삭제할 수 있으며, 오리피스를 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 리어 하우징(300)으로 옮기거나, 후술할 컨트롤 밸브로 옮겨 컨트롤 가스의 손실을 최소화할 수 있다.
리어 하우징(300)에 오리피스 홀(330, 330')이 구비되는 경우, 밸브 어셈블리(600)에 구비될 때보다 오리피스 홀을 더 축소할 수 있는 장점이 있다. 또한, 리어 하우징(300)에 형성된 토출실-크랭크실 연통홀과 크랭크실-흡입실 연통홀을 하나의 연통홀로 구비하고 별도의 밸브체를 구비해 오리피스의 사이즈를 가변적으로 형성할 수도 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시 예에 따른 사판식 압축기에 있어서, 각 행정에 따른 컨트롤 밸브의 작동 상태와 그에 따른 냉매 가스의 유로를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 컨트롤 밸브의 최대 행정 시를 도시한 모식도, 도 5는 본 발명의 가변 용량식 압축기에 따른 컨트롤 밸브의 가변 행정 시를 도시한 모식도이다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 컨트롤 밸브(700)는 밸브 하우징(710)의 길이 방향 일측면에 냉매 가스가 유입되는 유입부(712)가 관통 형성되고, 유입부(712)에 대향되는 밸브 하우징(710)의 타측면에 가변 오리피스(714)가 형성된다. 밸브 하우징(710) 내부에 밸브 리드(730)가 수납되고, 밸브 리드(730)의 길이 방향 일단은 스프링(750)에 의해 탄성 지지된다. 밸브 리드(730)는 유입부(712)의 방향에 대응하는 길이 방향 일측이 개구되어 냉매 가스가 유입된다. 밸브 리드(730)의 스프링 쪽 일단은 홀이 형성되어 냉매 가스가 통과하며, 밸브 리드(730)를 통과한 가스가 가변 오리피스(714)로 빠져나간다.
밸브 하우징(710) 상에 관통 형성된 가변 오리피스(714) 자체는 크기가 정해져 있는 홀이지만, 밸브 리드(730)에 의해 가변 오리피스(714)의 개방되는 정도가 달라지므로 가변 오리피스로 정의한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 사판(500)의 경사각이 최대인 최대 행정 시에는 토출실(320)로부터의 냉매 가스 유입이 차단되며(컨트롤 밸브의 상세 실시 예에서 추후 설명함), 크랭크실(250)로부터 냉매 가스가 컨트롤 밸브(700)로 유입된다. 이 컨트롤 가스의 압보다 스프링(750)의 복원력이 크게 설정되므로, 밸브 리드(730)가 스프링(750)의 복원력에 의해 밀리면서 가변 오리피스(714)를 개방한다. 그 후 밸브 하우징(710)의 유입부(712)를 통해 유입된 냉매 가스가 밸브 리드(713)의 개구된 부분으로 유입된다. 유입된 냉매 가스는 가변 오리피스(714)를 통해 흡입실(310) 방향(Ps)으로 이동하게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 사판(500)의 경사각이 감소되는 가변 행정 시에는 토출실로부터 냉매 가스가 유입되므로(컨트롤 밸브의 상세 실시 예에서 추후 설명함) 스프링(750)보다 컨트롤 가스의 압이 커진다. 따라서 밸브 리드(730)가 스프링(750)을 가압하면서 가변 오리피스(714)의 일부를 차단한다. 따라서 밸브 하우징(710)의 유입부(712)를 통해 유입된 냉매 가스는 밸브 리드(730)를 통과하더라도 가변 오리피스(714)로 유출되는 양이 대폭 감소하게 된다. 이러한 원리로 밸브 하우징(710) 상에 형성된 가변 오리피스(714)의 크기가 가변될 수 있다.
이하에서는 냉매 가스의 흐름에 따른 컨트롤 밸브의 세부적인 구성과 작동 관계에 대해 상세히 설명하기로 한다. 편의상 컨트롤 밸브의 일 예로 볼 타입 밸브를 기준으로 설명하나, 이는 하나의 예일 뿐 이에 제한되지 않는다.
도 6은 도 2 및 3의 사판식 압축기에 따른 Pc-Pd-Ps 유로를 도시한 평면도, 도 7은 본 발명의 다른 실시예의 가변 용량식 압축기에 따른 제어 오프 모드 시 컨트롤 밸브의 세부 동작 상태를 도시한 모식도이다.
리어 하우징(300) 상에서 토출실(320)과 크랭크실(250)을 연통하는 연통홀(Pd-Pc)과, 크랭크실(250)과 흡입실(310)을 연통하는 연통홀(Pc-Ps)은 하나의 공통 연통홀(350)로 구성될 수 있다.
좀더 상세히 설명하면, 제1 유로는 밸브 하우징(710) 내부에서 제1 홀(712)과 제2 홀(714)을 연통하고, 제2 유로는 제2 홀(714)과 제3 홀(716)을 연통한다. 피스톤(112)의 이동거리를 최소화하기 위해 사판(500)의 경사각을 감소시킬 경우(제1 조건) 제1 유로는 완전 개방하고 제2 유로는 부분 개방하며, 피스톤(112)의 이동거리를 최대화하기 위해 사판(500)의 경사각을 증가시킬 경우(제2 조건) 제1 유로는 완전 폐쇄하고 제2 유로는 완전 개방된다. 전술한 제3 조건에서는 제1 유로는 부분 개방하고 제2 유로는 부분 개방 보다는 크고 완전 개방보다는 작은 크기로 개방할 수 있다.
사판(500)의 경사각을 가변하지 않는 제어 오프 모드에서 냉매 가스는 연통홀을 통해 리어 하우징(300)으로 유입되고, 밸브 어셈블리(600)를 통과해 크랭크실(250, 도 1의 위치 참조)로 이동한다(점선 화살표 방향). 이때, 리어 하우징(300)의 고정 오리피스 홀을 삭제할 수 있으며, 컨트롤 밸브(700)에 형성된 가변 오리피스(714)를 통해서만 냉매 가스가 흡입실(310)로 유입될 수 있다.
리어 하우징(300)에는 컨트롤 밸브(700)의 각 홀과 연통되는 홀이 형성된다. 편의상 크랭크실 방향을 Pc, 흡입실 방향을 Ps, 토출실 방향을 Pd라고 표현하며, 컨트롤 밸브(700)에 형성된 각 방향 홀이 도 6과 같이 리어 하우징(300)의 각 홀에 대응된다.
볼 타입 컨트롤 밸브(700)는 도 7에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다.
컨트롤 밸브(700)는 먼저 밸브 하우징(710)을 구비할 수 있으며, 밸브 하우징(710)에는 토출실 방향(Pd)에서 컨트롤 가스가 유입되는 제1 홀(712), 크랭크실 방향(Pc)으로 컨트롤 가스가 출입하는 제2 홀(714), 흡입실 방향(Ps)으로 컨트롤 가스가 토출되는 제3 홀(716)이 형성된다.
밸브 하우징(710) 내부에는 구 형태의 밸브 헤드(720)가 삽입되고, 밸브 헤드(720)가 삽입되는 부분은 내주면이 밸브 헤드(720)에 의해 선택적으로 개폐 가능한 형태를 갖는다. 밸브 헤드(720)는 스프링(770)에 의해 탄성 지지된다. 밸브 헤드(720)의 일측에는 밸브 리드(730)가 돌출되어 연장되며, 밸브 리드(730)의 내부는 요입홈(732)가 형성된다.
밸브 리드(730)는 외주면을 리드 하우징(740)이 감싸는 형태이며, 리드 하우징(740)은 밸브 리드(730)에 접촉되어 지지되는 지지부(742)와 외벽 사이에 컨트롤 가스가 지나가는 리드 유로(744)가 길이 방향으로 관통 형성된다. 리드 하우징(740)의 길이 방향 단부 중 밸브 헤드(720)와 반대편 단부에는 외측으로 돌출 형성된 돌기부(740a)가 구비된다. 돌기부(740a)와 이격된 외벽 상에 제1 오리피스 홀(746a) 및 제2 오리피스 홀(746b)이 관통 형성된다. 도 7을 기준으로 제1 오리피스 홀(746a)과 제2 오리피스 홀(746b)은 서로 대향되어 배치되나 일직선상에 배치되지 않는다.
리드 하우징(740)의 단부에는 제1 리드 블록(750) 및 제2 리드 블록(760)이 구비된다. 제1 리드 블록(750)의 내부에 제2 리드 블록(760)이 삽입되고, 제2 리드 블록(760)의 일단에는 밸브 리드(730)의 요입홈(732)에 삽입되는 리드 삽입부(762)가 돌출 형성된다.
도 7은 사판(500)의 경사각을 가변하지 않는 제어 오프 모드 또는 제2 조건에서 제1 조건 쪽으로 변경하는 경우 컨트롤 밸브(700) 내의 컨트롤 가스 흐름을 도시한 것으로, 토출실(320) 방향(Pd)에서 컨트롤 가스가 컨트롤 밸브(700)로 유입되면(실선) 밸브 헤드(720)와 밸브 하우징(710)의 사이를 통과한다. 컨트롤 가스의 일부는 크랭크실 방향(Pc)으로 토출되고 일부는 리드 하우징(740)의 리드 유로(744)로 유입된다.
이때 제1 오리피스 홀(746a)은 밸브 하우징(710)에 의해 폐쇄되어 있고, 제2 오리피스 홀(746b)은 개방된 상태이다. 따라서 컨트롤 가스가 제2 오리피스 홀(746b)을 통해서만 흡입실(310) 방향(Ps)으로 유입된다. 일부의 컨트롤 가스가 흡입실(310) 방향(Ps)으로 가지 않고 크랭크실 방향(Pc)으로 공급되므로 흡입실(310) 방향(Ps)으로 빠져나가는 냉매 가스의 양이 최소화될 수 있다.
여기서 제1 오리피스 홀(746a)은 밸브 리드(730)에 의해 이동하는 리드 하우징(740)의 움직임에 따라 개폐되고, 제2 오리피스 홀(746b)은 항상 개방된 상태를 유지한다. 따라서 제2 오리피스 홀(746b)은 고정 오리피스 홀, 제1 오리피스 홀(746a)은 가변 오리피스 홀로 정의할 수 있다.
도 8은 도 7과 같은 가변 용량식 압축기에 따른 가변 모드 시 컨트롤 밸브의 세부 동작 상태를 도시한 모식도이다.
사판(500)의 경사각이 가변되는 가변 모드 시(제3 조건), 냉매 가스는 도 6에서와 동일한 경로로 이동한다.
도 8을 참조하면, 토출실(320) 방향(Pd)으로부터 토출되는 컨트롤 가스의 양이 증가하면서 밸브 리드(730)가 제1 리드 블록(750) 및 제2 리드 블록(760) 쪽으로 좀더 이동하게 되고, 밸브 헤드(720)와 밸브 하우징(710) 내주면의 사이가 좁아지게 된다. 밸브 헤드(720)가 이동함에 따라 밸브 리드(730) 및 리드 하우징(740)이 도 9를 기준으로 좌측으로 밀리면서 제2 오리피스 홀(746b)과 함께 제1 오리피스 홀(746a)도 개방 상태가 된다. 따라서 컨트롤 가스는 크랭크실 방향(Pc)과 흡입실(310) 방향(Ps)으로 공급되며, 흡입실(310) 방향(Ps)으로 공급되는 컨트롤 가스의 양이 증가한다.
도 9는 도 7과 같은 가변 용량식 압축기에 따른 최대 이동 모드 시 컨트롤 밸브의 세부 동작 상태를 도시한 모식도이다.
사판(500)의 경사각이 최대가 되는 최대 이동 모드에서, 냉매 가스는 점선 방향을 따라 크랭크실(250)로부터 흡입실(310) 쪽으로 이동하게 된다.
이때에는 도 9에 도시된 바와 같이, 토출실(320) 방향(Pd)으로부터 컨트롤 밸브(700)로 유입되는 냉매 가스의 압력에 의해 밸브 헤드(720)가 가압되고, 밸브 헤드(720)가 밸브 하우징(710)의 내주면에 걸려 막히게 되므로 컨트롤 가스가 밸브 헤드(720)를 통과하지 못하게 된다.
동시에 크랭크실 방향(Pc)으로부터 제2 홀(714)을 통해 컨트롤 가스가 유입되며, 리드 하우징(740)을 통과한 컨트롤 가스에 의해 제1 리드 블록(750) 및 제2 리드 블록(760)이 최대로 밀리게 된다. 이들이 도 9를 기준으로 좌측으로 밀리게 되면, 리드 하우징(740)과 제1 리드 블록(750) 및 제2 리드 블록(760)의 사이가 개방된다. 해당 부위는 제3 오리피스 홀(764)로 정의할 수 있다. 고정 오리피스 홀인 제2 오리피스 홀(746b)이 개방되고, 가변 오리피스 홀인 제1 오리피스 홀(746a)이 개방되며, 추가적으로 제3 오리피스 홀(764)이 개방되면서 흡입실(310) 방향(Ps)으로 배출되는 냉매 가스의 양이 최대가 된다.
본 발명에 따르면, 기존 밸브 어셈블리에 형성되던 고정 오리피스 홀을 삭제하고, 이를 컨트롤 밸브나 컨트롤 밸브와 크랭크실을 연결하는 유로에 형성함으로써 컨트롤 가스의 손실을 감소시킨다. 이때, 컨트롤 밸브에 고정 오리피스 홀을 형성할 경우 압축기의 동작에 따라 고정 오리피스 홀의 사이즈를 가변(다수의 홀을 선택적으로 개폐함으로써 가능)시킬 수 있는 장점이 있고, 컨트롤 밸브와 크랭크실을 연결하는 유로에 형성할 경우는 가공의 어려움 때문에 최소 사이즈가 한정되어 있던 기존보다 더 작은 사이즈로 가공될 수 있기 때문에 컨트롤 가스의 손실이 감소된다.
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.
본 발명은 컨트롤 가스의 불필요한 손실을 방지해 압축기의 효율을 향상시킬 수 있는 컨트롤 밸브 및 가변 용량식 압축기를 제공할 수 있다.
Claims (15)
- 가변 용량식 압축기의 사판(500) 각도를 조절하기 위한 컨트롤 밸브(700)에 있어서,상기 압축기의 토출실(320)과 연통된 제1 홀(712), 크랭크실(250)과 연통된 제2 홀(714) 및 흡입실(310)과 연통된 제3 홀(716)이 형성된 밸브 하우징(710);상기 밸브 하우징(710) 내부에서 상기 제1 홀(712)과 제2 홀(714)을 연통하는 제1 유로, 상기 제2 홀(714)과 제3 홀(716)을 연통하는 제2 유로;상기 제1 유로를 개폐하는 제1 개폐 수단; 및상기 제2 유로를 개폐하는 제2 개폐 수단을 포함하고,피스톤(112)의 이동거리를 최소화하기 위해 상기 사판(500)의 경사각을 감소시키는 제1 조건일 경우 상기 제1 유로는 완전 개방하고 상기 제2 유로는 부분 개방하며, 상기 피스톤(112)의 이동거리를 최대화하기 위해 상기 사판(500)의 경사각을 증가시키는 제2 조건일 경우 상기 제1 유로는 완전 폐쇄하고 상기 제2 유로는 완전 개방하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제1항에 있어서,상기 제1 조건과 상기 제2 조건의 사이에 대응하는 상기 피스톤(112)의 이동거리를 갖도록 상기 사판(500)의 각을 조절하는 제3 조건의 경우, 상기 제1 유로는 부분 개방하고, 상기 제2 유로는 상기 부분 개방 보다는 크고 상기 완전 개방보다는 작은 크기로 개방하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제2항에 있어서,상기 제2 개폐수단은 상기 제1 조건 < 상기 제3 조건 < 상기 제2 조건 순으로 상기 제2 유로를 더 크게 개방하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제2항에 있어서,상기 제2 개폐수단은 상기 제2 유로를 개별적으로 개폐하는 제1 내지 제3 오리피스 홀을 포함하되, 상기 제1 조건에서 상기 제2 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 개방하고, 나머지 제1 및 제3 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제4항에 있어서,상기 제2 조건에서, 상기 제1 내지 제3 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제5항에 있어서,상기 제3 조건에서, 상기 제1 및 제2 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 개방하고, 상기 제3 오리피스 홀은 상기 제2 유로를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제1항에 있어서,상기 제1 개폐수단은 상기 제1 홀(712)과 상기 제2 홀(714) 사이 상기 밸브 하우징(710)과 접촉 혹은 이격되어 상기 제1 유로를 개폐하는 볼 밸브인 것을 특징으로 하는 컨트롤 밸브.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브(700);상기 사판(500)이 배치되는 상기 크랭크실(250);상기 피스톤(112)이 왕복 운동하고 냉매가 압축되는 실린더 보어(110);상기 실린더 보어(110)에 냉매를 흡입시키거나 토출시키는 밸브 어셈블리(600);를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리(600)는흡입되는 상기 냉매가 유통하는 흡입홀, 토출되는 상기 냉매가 유통하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀만이 형성된 밸브 플레이트;상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드;상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브(700);상기 사판(500)이 배치되는 상기 크랭크실(250);상기 피스톤(112)이 왕복 운동하고 냉매가 압축되는 실린더 보어(110);상기 실린더 보어(110)에 냉매를 흡입시키거나 토출시키는 밸브 어셈블리(600);를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리(600)는흡입되는 상기 냉매가 유통하는 흡입홀, 토출되는 상기 냉매가 유통하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀 및 하우징 체결을 위한 조립홀만이 형성된 밸브 플레이트;상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드;상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 컨트롤 밸브(700);상기 사판(500)이 배치되는 상기 크랭크실(250);상기 피스톤(112)이 왕복 운동하고 냉매가 압축되는 실린더 보어(110);상기 실린더 보어(110)에 냉매를 흡입시키거나 토출시키는 밸브 어셈블리(600);를 포함하되, 상기 밸브 어셈블리(600)는흡입되는 상기 냉매가 유통하는 흡입홀, 토출되는 상기 냉매가 유통하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀, 하우징 체결을 위한 조립홀 및 하기 토출리드를 결합하기 위한 결합홀만이 형성된 밸브 플레이트;상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드;상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 사판(500)이 배치되는 크랭크실(250);상기 사판(500)과 연결되는 피스톤(112);상기 피스톤(112)이 삽입되고, 냉매가 흡입되어 압축 후 토출되는 실린더 보어(110);외부로부터 상기 냉매를 전달받아 상기 실린더 보어(110)에 제공하는 흡입실(310);상기 실린더 보어(110)에서 토출된 냉매를 외부에 전달하기 위한 토출실(320);상기 사판(500)의 각도를 조절하기 위해 상기 크랭크실(250), 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320) 각각과 연결되는 컨트롤 밸브(700); 및상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 크랭크실(250)을 연결하는 유로에 형성되어 상기 크랭크실(250)과 상기 흡입실(310)을 연결하는 오리피스 홀을 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 제11항에 있어서,상기 실린더 보어(110)와 상기 흡입실(310) 및 토출실(320) 사이에 배치되어 상기 냉매를 유통하는 밸브 어셈블리(600)를 더 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 제12항에 있어서,상기 밸브 어셈블리(600)는상기 흡입실(310)에서 상기 실린더 보어(110)로 상기 냉매가 이동하는 흡입홀, 상기 실린더 보어(110)에서 상기 토출실(320)로 상기 냉매가 이동하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀만이 형성된 밸브 플레이트;상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드;상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 제12항에 있어서,상기 밸브 어셈블리(600)는상기 흡입실(310)에서 상기 실린더 보어(110)로 상기 냉매가 이동하는 흡입홀, 상기 실린더 보어(110)에서 상기 토출실(320)로 상기 냉매가 이동하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀 및 하우징 체결을 위한 조립홀만이 형성된 밸브 플레이트;상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드;상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 가변 용량식 압축기.
- 제12항에 있어서,상기 밸브 어셈블리(600)는상기 흡입실(310)에서 상기 실린더 보어(110)로 상기 냉매가 이동하는 흡입홀, 상기 실린더 보어(110)에서 상기 토출실(320)로 상기 냉매가 이동하는 토출홀, 상기 컨트롤 밸브(700)와 상기 흡입실(310), 상기 토출실(320), 상기 크랭크실(250) 각각을 연결하기 위한 제1 내지 제3 유통홀, 하우징 체결을 위한 조립홀 및 하기 토출리드를 결합하기 위한 결합홀만이 형성된 밸브 플레이트;상기 밸브 플레이트의 일면에 배치되고, 상기 흡입홀을 개폐하는 흡입리드;상기 플레이트의 타면에 배치되고, 상기 토출홀을 개폐하는 토출리드;를 포함하는 가변 용량식 압축기.
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