KR20040097740A

KR20040097740A - 로터리 압축기

Info

Publication number: KR20040097740A
Application number: KR1020030030150A
Authority: KR
Inventors: 김종봉; 노철기; 박경준; 장창용; 배지영; 고영환
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-05-13
Also published as: KR100531278B1

Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로, 롤러를 일방향으로 회전시키면서 모드에 따라 압축용량을 저용량과 대용량으로 가변시킬 수 있도록 하며, 대용량 압축시에도 기존 설계된 로터리 압축기의 압축용량에 상응하는 압축용량을 갖도록 한 것이다.

이를 위한 본 발명은, 모터에 의해 회전하는 구동축과; 내부에 소정 용적의 압축실이 형성된 실린더와; 외부로부터 상기 압축실 내부로 유체가 흡입되는 흡입포트와; 상기 흡입포트와 소정 거리 이격된 위치에 형성된 바이패스포트와; 압축실에서 압축된 유체가 토출되는 토출포트와; 상기 구동축에 편심 결합되어, 상기 압축실 내부에서 편심 회전하면서 압축실의 내벽면을 따라 구름운동하는 롤러와; 상기 압축실을 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 베인과; 상기 실린더의 상,하부에서 상기 구동축을 회전가능하게 지지하도록 설치되는 상부 베어링부 및 하부 베어링부와; 작동모드에 따라 상기 바이패스포트를 선택적으로 개방 및 폐쇄시키는 개폐유닛을 포함하여 구성되어; 상기 바이패스포트의 개방 및 폐쇄에 따라 압축실 내에 상이한 용적의 압축공간이 형성되도록 한 로터리 압축기를 제공한다.

Description

로터리 압축기{Rotary Type Compressor}

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로, 특히 일방향으로 회전하면서 모드에 따라 2개의 압축 용량으로 유체를 압축하여 토출시킬 수 있도록 한 로터리 압축기에 관한 것이다.

일반적으로, 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 특수 가스에 압축일을 가함으로써, 작동유체의 압력을 높여주는 기계이다. 이러한 압축기는 공기조화기 분야나 냉장고 분야 등의 일반적인 가전제품에서부터 플랜트 산업에까지 널리 사용된다.

이러한 압축기는 압축을 이루는 방식에 따라 용적형 압축기(positive displacement compressor)와 터보형 압축기(dynamic compressor or turbo compressor)로 분류된다.

이 중에서도, 산업 현장에 널리 쓰이는 것은 용적형 압축기으로서, 체적의 감소를 통해 압력을 증가시키는 압축방식을 갖는다. 상기 용적용 압축기는 다시 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)와 로터리 압축기(rotary compressor)로 분류된다.

상기 왕복동식 압축기는 실린더 내부를 직선 왕복운동하는 피스톤에 의해 작동유체를 압축하는 것으로서, 비교적 간단한 기계요소로 높은 압축효율을 생산하는 장점이 있다. 그 반면에, 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 관성으로 인해 회전속도에 한계가 있으며, 관성력으로 인해 상당한 진동이 발생하는 단점이 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더 내부를 편심된 채로 공전하는 롤러에 의해 작동유체를 압축하는 것으로서, 상기 왕복동식 압축기에 비해 저속으로 높은 압축효율을 생산할 수 있다. 따라서, 상기 로터리 압축기는 진동과 소음이 적게 발생하는 장점이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 로터리 압축기는 압축이 행해지는 실린더와 통하는 흡입포트와 토출포트가 각각 하나씩 형성되어 있으며, 상기 실린더 내부에서 롤러가 흡입포트측에서 토출포트측으로 상기 실린더의 내주면을 따라 구름 운동하면서 작동유체를 압축하도록 되어 있는 바, 종래의 로터리 압축기는 압축용량을 가변하는 것이 불가능한 문제가 있었다.

최근에 공기조화기 등의 다양한 운전조건에 대응하기 위해 압축용량을 가변할 수 있는 압축기들이 개발되고 있는데, 종래의 로터리 압축기는 하나의 압축용량을 가질 수 밖에 없기 때문에, 그 적용폭이 상당히 좁을 수 밖에 없었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 로터리 압축기의 롤러를 일방향으로 회전시키면서 모드에 따라 압축용량을 저용량과 대용량으로 가변시킬 수 있도록 하며, 대용량 압축시에도 종래의 로터리 압축기의 압축용량에 상응하는 압축용량을 갖는 로터리 압축기를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 일 실시예의 구성을 나타낸 요부 단면도

도 2는 도 1의 로터리 압축기의 분해 사시도

도 3은 도 1의 로터리 압축기의 압축부를 나타낸 평면도

도 4는 도 1의 로터리 압축기의 상부 베어링부재의 저면도

도 5a 내지 도 5c는 도 1의 로터리 압축기에서 파워모드시 수행되는 압축 과정을 순차적으로 설명하는 압축부의 평면도

도 6a 내지 도 6c는 도 1의 로터리 압축기에서 세이빙모드시 수행되는 압축 과정을 순차적으로 설명하는 압축부의 평면도

도 7a 및 도 7b은 도 1의 로터리 압축기의 솔레노이드밸브의 제 1실시예를 나타낸 요부 단면도

도 8a 및 도 8b는 도 1의 로터리 압축기의 솔레노이드밸브의 제 2실시예를 나타낸 요부 단면도

도 9a 및 도 9b는 도 1의 로터리 압축기의 솔레노이드밸브의 제 3실시예를 나타낸 요부 단면도

도 10은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도

도 11은 도 10의 로터리 압축기의 요부 단면도

도 12는 도 10의 로터리 압축기의 압축부의 평면도

도 13은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 또 다른 실시예를 나타낸 분해 사시도

도 14는 도 13의 로터리 압축기의 압축부의 평면도

도 15는 도 14의 I-I선 단면도

* 도면의 주요 부분의 참조부호에 대한 설명 *

20 : 스테이터 30 : 로터

40 : 크랭크샤프트 41 : 편심캠부

50 : 실린더 51 : 흡입포트

57 : 바이패스포트 58 : 연결유로

60 : 상부 베어링부 61 : 토출포트

66 : 대응 연결유로 70 : 하부 베어링부

76, 77 : 흡입포트 78 : 토출포트

80 : 롤러 90 : 베인

200 : 압축실 300 : 흡입 플레넘

500, 510, 520, 530, 550 : 솔레노이드밸브

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터에 의해 회전하는 구동모터에 의해 회전하는 구동축과; 내부에 소정 용적의 압축실이 형성된 실린더와; 외부로부터 상기 압축실 내부로 유체가 흡입되도록 상기 압축실과 연통되는 흡입포트와; 상기 흡입포트와 소정 거리 이격된 위치에 형성된 바이패스포트와; 압축실에서압축된 유체가 토출되는 토출포트와; 상기 구동축에 편심 결합되어, 상기 압축실 내부에서 편심 회전하면서 압축실의 내벽면을 따라 구름운동하며 압축실 내벽면과 함께 유체의 흡입 및 압축을 위한 공간을 구획하는 롤러와; 상기 흡입포트와 토출포트 사이에 설치되어 상기 구름부재와 항상 탄력적으로 접촉을 유지하며 압축실을 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 베인과; 상기 실린더의 상,하부에서 상기 구동축을 회전가능하게 지지하도록 설치되며, 상기 실린더의 압축실의 상부 및 하부를 각각 폐쇄하는 상부 베어링부 및 하부 베어링부와; 작동모드에 따라 상기 바이패스포트를 선택적으로 개방 및 폐쇄시키는 개폐유닛을 포함하여 구성되어; 상기 바이패스포트의 개방 및 폐쇄에 따라 압축실 내에 상이한 용적의 압축공간이 형성되도록 한 로터리 압축기를 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 로터리 압축기의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 일 실시예의 구조를 나타낸 것이며, 도 5a 내지 도 5c와 도 6a 내지 도 6d는 각각 서로 다른 압축용량을 구현하는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 작동모드별 작용을 설명하는 도면이다.

먼저, 도 1과 도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 크게 케이스(1)와, 상기 케이스(1)의 상부에 위치하는 전동부와, 상기 전동부의 아래에 위치하는 압축부로 구성된다.

상기 케이스(1)는 상부에 배치되는 상부캡(3)과 이 상부캡(3)의 하부에 결합되는 하부캡(5)으로 구성되어 밀폐된 내부공간을 형성한다. 상기 케이스(1)의 일측에 외부로부터 가스가 흡입되는 흡입관(7)이 설치되고, 상기 상부캡(3)의 중심에 압축 가스가 토출되는 토출관(9)이 설치된다.

상기 전동부는 케이스(1)에 고정되는 스테이터(20)와, 상기 스테이터(20)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 로터(30)와, 상기 로터(30)에 압입되는 크랭크샤프트(40)로 구성된다. 상기 로터(30)는 전자기력에 의해 회전하게 되고, 상기 크랭크샤프트(40)는 로터(30)의 회전력을 상기 압축부에 전달한다. 이 때, 상기 스테이터(20)에 외부 전원을 공급하기 위해, 상기 상부캡(3)에는 허메틱터미널(4)이 설치된다.

상기 압축부는 케이스(1)에 고정되는 실린더(50)와, 상기 실린더(50)의 내주면을 따라 구름운동을 하면서 가스를 압축하는 롤러(80)와, 상기 크랭크샤프트(40)를 회전 가능하게 지지하는 상부 베어링부(60) 및 하부 베어링부(70)로 구성된다. 이 때, 상기 상부 베어링부(60)과 하부 베어링부(70)는 상기 실린더(50)와 함께 압축실(200)을 형성한다.

상기 압축부의 구성을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 2에 도시된 바에 따르면, 상기 크랭크샤프트(40)는 하부에 편심캠부(41)가 일체로 형성되어 있다. 상기 편심캠부(41)는 크랭크샤프트(40)의 회전 중심으로부터 일정 거리만큼 이격된 중심을 갖는다. 여기서, 상기 편심캠부(41)는 크랭크샤프트(40)와 일체로 형성될 수 있으나, 상기 크랭크샤프트(40)에 삽입되는 편심핀으로 구현될 수도 있다.

상기 실린더(50)는 상,하면이 개방된 원통형으로, 내부에 상기 편심캠부(41)가 수용되는 소정 용적의 압축실(200)이 형성되어 있다. 상기 실린더(50)의 일측에는 내부와 외부가 연통되는 흡입포트(51)가 형성되는데, 상기 흡입포트(51)는 상기 압축실(200) 내로 외부의 가스를 안내하는 유로이다.

이 실시예에서 상기 흡입포트(51)는 크랭크샤프트(40)와 직교하는 방향으로 형성되며, 연결관(52)을 통해 상기 흡입관(7)에 연결된다.

그리고, 상기 흡입포트(51)와 인접한 실린더(50)의 측벽에는 내주면으로부터 일정 깊이만큼 파진 설치홈(53)이 형성된다. 상기 설치홈(53)은 후술하는 베인(90)이 설치되는 공간으로, 상기 설치홈(53)은 베인(90)을 완전히 수용할 수 있는 충분한 깊이를 갖는다.

상기 롤러(80)는 실린더(50)의 내경보다 작은 외경을 갖는 링형상으로, 상기 편심캠부(41)에 결합된다. 여기서, 상기 롤러(80)는 실린더(50)의 내주면을 따라 구름운동을 해야 하는 바, 이를 위해 상기 롤러(80)는 편심캠부(41)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 이와는 다르게, 상기 편심캠부(41)가 크랭크샤프트(40)에 대해 회전 가능하게 설치될 경우, 상기 롤러(80)는 편심캠부(41)에 고정되어도 무방하다.

그리고, 전술한 바와 같이 상기 실린더(50)의 설치홈(53)에는 베인(90)이 설치된다. 상기 베인(90)은 압축실(200)을 가스가 흡입되는 흡입공간과 압축 가스가 압축되며 토출되는 토출공간으로 구획하는 부재이다. 이를 위해, 상기 베인(90)은 롤러(80)의 외주면에 항상 접촉되어야 한다.

그런데, 상기 롤러(80)는 크랭크샤프트(40)가 회전할 때 상기 압축실(200)의 중심을 회전 중심으로 하여 공전하게 된다. 따라서, 상기 베인(90)과 롤러(80) 사이에 긴밀한 접촉이 유지되기 위해, 상기 베인(90)은 탄력적으로 설치될 필요가 있다. 이를 위해, 상기 실린더(50)의 설치홈(53)에는 상기 베인(90)을 탄력적으로 지지하는 스프링(95)이 설치된다. 즉, 상기 스프링(95)은 일단이 상기 실린더(50)에 고정되고 타단이 상기 베인(90)에 결합되어, 상기 베인(90)을 롤러(80) 측으로 밀어냄으로써 베인(80)이 선단부가 롤러(80)의 외주면에 지속적으로 접촉하도록 한다.

상기 상부 베어링부(60)와 하부 베어링부(70)는 상기 크랭크샤프트(40)를 관통하여 상기 실린더(50)의 상부면과 하부면에 각각 결합된다. 여기서, 상기 상부 베어링부(60) 및 하부 베어링부(70)과 상기 실린더(50)의 서로 대응하는 위치에 다수개의 체결공(65,75,55)이 형성된다. 따라서, 상기 실린더(50)와 상, 하부 베어링부(60,70)들은 별도의 체결나사를 통해 서로 결합되는데, 이 때 상기 실린더(50)와 상,하부 베어링부(60,70)들은 가스의 누설이 없도록 서로 긴밀하게 결합된다.

상기 상부 베어링부(60)에는 상기 압축실(200)과 연통되어 압축 가스의 토출 유로를 형성하는 1개의 토출포트(61)가 형성되는데, 여기서 상기 토출포트(61)는 상기 베인(90)을 중심으로 대략 흡입포트(51)의 반대편에 위치되는 것이 바람직하다.

상기 상부 베어링부(60)에는 상기 토출포트(61)를 통한 가스의 토출을 제어하기 위한 토출밸브(110)가 설치된다. 상기 토출밸브(110)는 압축실(200)의 압력이 일정 압력 이상일 경우에만 상기 토출포트(61)를 개방시키는 역할을 하는데, 이를 위해, 상기 토출밸브(110)는 일단은 상기 토출포트(61) 근방에 지지되는 반면 타단은 자유로운 상태를 유지하는 일종의 판 스프링 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 도 1에 도시된 바에 따르면, 상기 토출밸브(110)의 상부에는 리테이너(retainer,130)가 설치되는데, 상기 리테이너(130)는 토출밸브(110)의 안정된 작동을 보장하기 위한 것으로, 상기 토출밸브(110)와 접촉 가능하게 설치되어, 상기 토출밸브(110)의 열림정도를 제한한다. 상기 리테이너(130)가 없을 경우, 상기 토출밸브(110)가 고압으로 인해 과도하게 휘어질 우려가 있으며, 이러한 경우가 발생하면 상기 토출밸브(110)의 작동에 신뢰성이 떨어지게 된다.

상기 상부 베어링부(60)의 상부에는 머플러(140)가 설치된다. 상기 머플러(140)는 압축 가스의 토출시 발생하는 소음을 저감한다. 이를 위해, 상기 머플러(140)는 토출포트(61)의 상부 공간을 감싸며, 일측에 별도의 토출공(141)이 형성된다.

상기 케이스(1)의 저면에 마찰 운동하는 부재의 윤활 및 냉각을 위해 일정량의 냉동기유(O)가 채워진다. 이 때, 상기 크랭크샤프트(40)의 단부는 상기 냉동기유(O)에 잠겨져 있다.

한편, 본 발명의 로터리 압축기는 상기 압축실(200) 내부에서 롤러(80)가 회전할 때 실질적인 압축이 시작되는 지점을 가변시킴으로써 이중 압축용량을 구현할 수 있도록 하고 있는데, 이를 위한 압축부의 구성을 도 3과 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 실린더(50)의 흡입포트(51)는 베인(90)의 바로 일측에 배치되고, 상기 베인(90)을 중심으로 흡입포트(51)의 반대편에 토출포트(61)가 배치된다.

그리고, 상기 실린더(50)에는 상기 흡입포트(51)로부터 소정 각도 이격된 위치에 일단이 압축실(200) 내부로 연통되는 바이패스포트(57)가 형성된다. 상기 흡입포트(51)와 바이패스포트(57)는 상기 실린더(50)의 상부면에 원주방향을 따라 형성되는 연결유로(58)에 의해 상호 연통되게 연결된다.

상기 연결유로(58)는 대략 반원형의 홈 형태를 갖는데, 상기 연결유로(58)가 밀폐구조를 갖도록 하기 위하여 상기 상부 베어링부(60)의 하부면에 상기 연결유로(58)와 상응하는 형태의 대응 연결유로(66)가 형성된다. 따라서, 상기 상부 베어링부(60)가 실린더(50)와 결합되었을 때 상기 연결유로(58) 및 대응 연결유로(66)는 대략 원형단면의 홈 형태를 이루게 된다.

그리고, 상기 바이패스포트(57)와 연결유로(58)가 상호 교차되는 부분에는 상기 바이패스포트(57)와 연결유로(58)를 연통 및 폐쇄시키는 솔레노이드밸브(500)가 설치된다.

상기 솔레노이드밸브(500)는 압축기의 전동부에 전기적으로 연결되어 전동부에 인가되는 전기적 신호에 연동하여 작동하며, 바이패스포트(57)와 연결유로(58)를 연통 및 폐쇄시키도록 구성되어 있다. 상기 솔레노이드밸브(500)의 구체적인 구조와 작동의 실시예는 도 7a 내지 도 9b를 참조하여 나중에 상세히 후술한다.

한편, 상기 바이패스포트(57)가 설치되는 위치는 가변시키고자 하는 압축용량에 따라 흡입포트(51)로부터 임의의 각도로 이격된 위치, 예를 들어 흡입포트(51)로부터 100°~200°이격된 위치로 설정될 수 있다.

상기와 같이 구성된 로터리 압축기의 모드별 동작에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 5a 내지 도 5c는 대용량의 압축용량을 구현하기 위한 파워모드(power mode) 상태에서의 압축과정을 나타낸 것으로, 이 모드에서는 상기 솔레노이드밸브(500)가 바이패스포트(57)를 폐쇄한 상태에서 압축이 행해지며, 상기 롤러(80)는 크랭크샤프트(40)의 회전에 의해 압축실(200) 내부에서 반시계방향으로 공전하며 그 외주면이 압축실(200) 내벽면과 지속적으로 접촉한다.

따라서, 상기 흡입관(7; 도 1참조) 및 연결관(52)을 통해 흡입되는 가스는 흡입포트(51)를 통해서만 압축실(200) 내부로 유입된다.

그리고, 상기 롤러(80)가 베인(90)을 지나 흡입포트(51)를 지날 때까지는 흡입포트(51)가 개방된 상태이므로 압축이 일어나지 않고, 롤러(80)가 흡입포트(51)를 지나는 시점에서부터는 압축실(200)이 완전히 밀폐된 상태가 되므로 이 때부터 가스의 압축이 서서히 진행된다.

상기 롤러(80)가 어느 정도 진행하여 가스의 압력이 어느 수준 이상이 되면 토출밸브(110)가 열리면서 압축 가스가 토출포트(61)를 통해 토출된다. 이 때, 상기 롤러(80)가 지나간 부분에서부터 상기 베인(90)까지의 공간에는 흡입포트(51)를 통해 계속 가스가 유입되어 채워진다.

상기 롤러(80)가 베인(90)에 근접한 지점에서 대부분의 가스는 토출포트(61)를 통해 토출되고, 다시 롤러(80)가 베인(90)을 지나 흡입포트(51)를 지나면서 상기와 같은 과정을 반복하며 압축을 수행한다.

따라서, 상술한 바와 같은 파워모드에서는 상기 흡입포트(51)에서부터 토출포트(61)까지의 각도만큼 압축이 발생한다.

한편, 도 6a 내지 도 6d는 소용량의 압축용량을 구현하기 위한 세이빙모드(saving mode) 상태에서의 압축과정을 나타낸 것으로, 이 세이빙모드에서는 전동부가 소용량의 압축행정을 위한 토오크만 출력하면 되므로 이에 맞게 모터 출력이 변화되고, 이 전동부의 출력 변화에 의해 상기 솔레노이드밸브(500)가 작동하여 바이패스포트(57)와 연결유로(58)가 연통된다.

따라서, 이 세이빙모드에서는 상기 흡입포트(51)를 통해서 뿐만 아니라 상기 바이패스포트(57)를 통해서도 가스가 유입된다.

먼저, 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이, 롤러(80)가 반시계방향으로 공전하여 베인(90)을 지나 바이패스포트(57)까지는 상기 흡입포트(51) 및 바이패스포트(57)가 모두 개방된 상태이므로, 롤러(80)의 진행에 의해 토출포트(61) 쪽으로 밀리는 가스의 일부가 바이패스포트(57)를 통해 연결유로(58) 쪽으로 빠져나가면서 압축이 일어나지 않는다.

그리고, 상기 롤러(80)가 바이패스포트(57)를 통과하는 시점에서부터 압축실(200)이 완전히 밀폐된 상태가 되므로 이 때부터 가스의 압축이 서서히 진행된다. 즉, 세이빙모드에서는 압축이 바이패스포트(57)에서부터 토출포트(61)까지의 각도까지 발생한다.

상기 롤러(80)가 어느 정도 진행하여 가스의 압력이 어느 수준 이상이 되면 토출밸브(110)가 열리면서 압축 가스가 토출포트(61)를 통해 토출된다. 이 때, 상기 롤러(80)가 지나간 부분에서부터 상기 베인(90)까지의 공간에는 흡입포트(51) 및 바이패스포트(57)를 통해 계속 가스가 유입되어 채워진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 로터리 압축기는 파워모드에서는 바이패스포트(57)가 폐쇄된 상태로 되어 있으므로 흡입포트(51)에서부터 토출포트(61)까지의 각도만큼 압축이 진행되어 큰 용량의 압축용량을 얻을 수 있고, 세이빙모드에서는 바이패스포트(57)가 개방된 상태로 변환되므로 바이패스포트(57)에서부터 토출포트(61)까지의 각도만큼만 압축이 진행되어 작은 용량의 압축용량을 얻을 수 있는 것이다.

전술한 실시예에서, 파워모드에서 상기 롤러(80)가 흡입포트(51)를 지나 압축이 진행될 때, 상기 바이패스포트(57)의 출구와 솔레노이드밸브(500) 간에 작은 공간이 형성되면 이 부분에서 가스가 팽창하여 압축 효율을 저하시키게 되는 사각지대(dead volume)가 발생한다.

따라서, 상기 솔레노이드밸브(500)는 가능한 한 압축실(200) 내벽면에 근접하도록 설치되는 것이 좋고, 바람직하기로는 솔레노이드밸브(500)의 몸체가 압축실(200) 내벽면에 연접하여 공간이 전혀 발생하지 않도록 하는 것이 좋다.

또한, 전술한 실시예에서 상기 바이패스포트와 흡입포트는 상호 연결된 것으로 설명하였으나, 반드시 이럴 필요는 없다.

이와 더불어, 상기 실시예에서 흡입포트(51)와 바이패스포트(57)를 서로 연결시키는 연결유로(58)가 실린더(50)의 상부면에 형성된 것으로 설명하였으나, 이와는 다르게 연결유로가 실린더 하부면에 형성될 수도 있다. 이 경우 하부 베어링부의 상부면에 연결유로와 상응하는 유로를 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 도 7a 및 도 7b는 상기와 같이 바이패스포트(57)를 개방 및 폐쇄하는 솔레노이드밸브의 제 1실시예를 나타낸 것으로, 이 실시예의 솔레노이드밸브(510)는 연결유로(58)와 바이패스포트(57)의 교차 부분에서 상하로 이동가능하게 설치되는 대략 원기둥형태의 몸체(511)와, 상기 몸체(511) 내에 대략 'ㄱ'자 형태로 형성되어 연결유로(58)와 바이패스포트(57)를 상호 연결시키는 가이드홀(512) 및, 상기 몸체(511)의 상단에 전동부와 전기적으로 연결되어 승강 작동하는 플런저(513)로 구성된다.

상기 솔레노이드밸브(510)의 몸체(511)는 하부의 압축스프링(514)에 의해 탄성적으로 지지된다.

따라서, 도 7a에 도시된 바와 같이, 파워모드에서는 상기 솔레노이드밸브(510)가 압축스프링(514)의 작용에 의해 상측에 위치되어 그 몸체(511)가 연결유로(58) 및 바이패스포트(57)를 폐쇄하게 된다. 그리고, 도 7b에 도시된 것과 같이, 세이빙모드에서는 전기적 신호가 인가되면서 상기 플런저(513)및 몸체(511)가 하강하여 가이드홀(512)이 바이패스포트(57) 및 연결유로(58)와 일치되어 개방된다.

세이빙모드에서 파워모드로 변환되면, 전기적 신호가 차단되고, 몸체(511) 및 플런저(513)가 압축스프링(514)의 탄성력에 의해 다시 상승하여 가이드홀(512)과 바이패스포트(57)의 위치가 어긋나게 되어 바이패스포트(57)가 폐쇄된다.

도 8a 및 도 8b는 솔레노이드 밸브(520)의 제 2실시예를 나타낸다. 이 실시예의 솔레노이드밸브(520)는 바이패스포트(57) 부분에 양방향으로 왕복 회전가능하게 설치되는 원기둥 형태의 몸체(521)에 일자형의 가이드홀(522)이 형성되어 구성된다.

따라서, 파워모드시에는 도 8a에 도시된 것과 같이 솔레노이드밸브(520)의 가이드홀(522)과 바이패스포트(57)가 서로 어긋나 바이패스포트(57)가 솔레노이드밸브(520)의 몸체(521)에 의해 폐쇄된 상태이다.

그리고, 세이빙모드시에는 도 8b에 도시된 것과 같이 전기적 신호가 인가되면서 솔레노이드밸브(520)의 몸체(521)가 90°로 회전하면서 가이드홀(522)과 바이패스포트(57)가 일치되면서 연결유로(58)와 가이드홀(522) 및 바이패스포트(57)가 서로 연통되어 가스가 이동할 수 있게 된다.

도 9a와 도 9b에 도시된 솔레노이드밸브(530)의 실시예 또한 솔레노이드밸브(530)의 몸체(531)가 양방향, 또는 일방향으로 회전하면서 바이패스포트(57)를 개방 및 폐쇄시키도록 되어 있는데, 이 실시예에서는 바이패스포트(57)와 연결유로(58)를 상호 연통시키는 가이드홀(532)이 'ㄱ'자형으로 형성된다.

도 9a는 파워모드에서의 솔레노이드밸브 상태이며, 도 9b는 세이빙모드에서 솔레노이드밸브 상태를 나타낸다.

한편, 도 10과 도 11은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 전술한 실시예에서는 로터리 압축기가 실린더(50)의 흡입포트(56)가 흡입관(7)과 바로 연결되어 가스를 공급받는 구조이나, 이 실시예에서는 별도의 흡입 플레넘(300)에 가스를 공급받은 후 실린더(50)의 흡입포트(56)를 통해 가스를 공급하는 구조이다.

이를 더욱 구체적으로 설명하면, 하부 베어링부(70)의 하부에 상면이 개방된 용기 형태의 흡입 플레넘(300)이 고정되고, 상기 흡입 플레넘(300)은 흡입관(7)과 연결되어 가스를 공급받는다. 따라서, 흡입관(7)을 통해 공급되는 가스는 상기 흡입 플레넘(300) 내의 공간에 1차적으로 저장된다.

그리고, 상기 실린더(50)에는 베인(90)과 근접하게 흡입포트(56)가 설치되며, 이 흡입포트(56)는 하부 베어링부(70)에 관통되게 형성되는 흡입공(76)을 통해 흡입 플레넘(300)과 연통된다.

또한, 전술한 실시예와 유사하게, 상기 실린더(50)에는 상기 흡입포트(56)로부터 일정 각도 이격된 위치에 바이패스포트(57)가 형성되어 있으며, 이 바이패스포트(57)는 연결유로(58)에 의해 흡입포트(56)와 연결된다. 상기 바이패스포트(57)의 입구측에는 바이패스포트(57)와 연결유로(58)를 상호 연통 및 폐쇄시키는 솔레노이드밸브(500)가 설치되는데, 이 솔레노이드밸브(500)의 구성 및 작용은 전술한 실시예들의 솔레노이드밸브의 구성과 작동을 참조하면 쉽게 이해될 것이므로 그 상세한 설명은 생략한다.

따라서, 이 실시예의 로터리 압축기에서는 가스가 흡입관(7)을 통해 흡입 플레넘(300)에 1차적으로 공급되어 일시 저장된 후, 상기 하부 베어링부(70)의 흡입공(76)을 통해 흡입포트(56)로 공급되고, 이어서 압축실(200)로 공급되어 압축된다.

이 실시예는 전술한 실시예와 비교하여 압축부로의 가스 공급 과정이 흡입플레넘(300)을 통해 이루어진다는 점에서 차이가 있으며, 파워모드와 세이빙모드에서 압축실에서 이루어지는 압축과정은 전술한 실시예와 동일한 과정으로 이루어진다.

한편, 이 실시예의 로터리 압축기는 흡입 플레넘(300)과 흡입포트(56)들이 하부 베어링부(70)의 흡입공(76)을 통해 연결되는 구조이나, 이와는 다르게 하부 베어링부(70) 및 흡입 플레넘(300)의 외부에서 별도의 흡입관을 사용하여 흡입포트(56)와 흡입 플레넘(300)을 연결시킬 수도 있을 것이다.

한편, 도 13과 도 14는 도 10 내지 도 11에서 설명한 로터리 압축기의 변형례로, 이 실시예의 로터리 압축기에도 하부 베어링부(70)의 하측에 가스가 임시적으로 공급되어 저장되는 흡입 플레넘(300)이 고정되나, 실린더(50)의 측벽에 흡입포트가 형성되지 않고 하부 베어링부(70)에 흡입 플레넘(300)과 바로 연통되는 흡입포트(77)가 형성되어, 흡입 플레넘(300)에 저장된 가스가 실린더(50) 측벽을 통하지 않고 바로 압축실(200) 내부로 가스가 공급되도록 되어 있다.

여기서, 상기 흡입포트(77)는 베인(90)과 인접한 위치에 형성된다. 그리고, 전술한 실시예들과 마찬가지로 상기 베인(90)을 중심으로 흡입포트(51)의 반대편에는 상측의 상부 베어링부(60)로 연통되는 1개의 토출포트(61)가 형성된다.

그리고, 상기 하부 베어링부(70)의 흡입포트(77)와 소정 각도 이격된 위치에 역시 흡입 플레넘(300)과 바로 연통되는 바이패스포트(78)가 형성된다. 상기 하부 베어링부(70)의 하부에는 작동모드에 따라 상기 바이패스포트(78)를 선택적으로 개폐하는 솔레노이드밸브(550)가 설치된다.

이 실시예의 로터리 압축기는, 파워모드시 상기 솔레노이드밸브(550)가 바이패스포트(78)를 폐쇄한 상태에서 흡입 플레넘(300)으로 가스가 일차적으로 공급된 후 흡입포트(77)를 통해 압축실(200) 내부로 공급되어 압축이 이루어지고, 세이빙모드시에는 상기 솔레노이드밸브(550)가 바이패스포트(78)를 개방하게 되므로 흡입포트(77) 및 바이패스포트(78)를 통해 가스가 유통되면서 압축이 이루어진다.

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 롤러를 일방향으로 회전시키면서 작동모드에 따라 압축이 진행되는 시점을 다르게 함으로써 상이한 압축용량을 제공할 수 있다.

그리고, 종래에는 이중용량 압축을 구현하기 위해서 여러 가지 장치를 조합하였다. 예를 들어, 이중압축용량을 위하여 압축용량이 다른 2개의 압축기와 인버터를 조합하였다. 이 경우, 구조가 상당히 복잡해지고, 단가가 상승할 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명은 하나의 압축기만으로도 이중용량 압축을 구현할 수 있다. 특히, 본 발명은 종래 로터리 압축기에서 최소한의 부품만을 변경함으로써, 이중용량 압축을 구현할 수 있다.

또한, 종래 단일 압축용량을 갖는 압축기는 공기조화기나 냉장고 등의 다양한 운전조건에 적합한 압축용량을 생산할 수 없었다. 이러한 경우, 소비전력이 필요 이상으로 낭비될 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명은 기기의 운전조건에 대응하는 적합한 압축용량을 생산할 수 있으므로 소비전력을 줄일 수 있다.

이와 더불어, 본 발명의 로터리 압축기는 이중압축용량을 생산함에 있어서기존에 설계된 압축실 전체를 사용한다. 이는 본 발명의 압축기가 동일한 실린더 크기, 즉 동일한 유체챔버 크기를 갖는 종래의 로터리 압축기와 적어도 같은 압축용량을 갖는 다는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 로터리 압축기는 실린더 크기등과 같은 기본부품들의 설계변경없이도 종래의 로터리 압축기를 대체할 수 있다. 따라서 본 발명의 로터리 압축기는 압축용량에 대한 고려와 생산단가의 증가없이도 요구되는 시스템에 자유롭게 적용될 수 있다.

Claims

모터에 의해 회전하는 구동축과;

내부에 소정 용적의 압축실이 형성된 실린더와;

외부로부터 상기 압축실 내부로 유체가 흡입되도록 상기 압축실과 연통되는 흡입포트와;

상기 흡입포트와 소정 거리 이격된 위치에 형성된 바이패스포트와;

압축실에서 압축된 유체가 토출되는 토출포트와;

상기 구동축에 편심 결합되어, 상기 압축실 내부에서 편심 회전하면서 압축실의 내벽면을 따라 구름운동하며 압축실 내벽면과 함께 유체의 흡입 및 압축을 위한 공간을 구획하는 롤러와;

상기 흡입포트와 토출포트 사이에 설치되어 상기 구름부재와 항상 탄력적으로 접촉을 유지하며 압축실을 흡입공간과 토출공간으로 구획하는 베인과;

상기 실린더의 상,하부에서 상기 구동축을 회전가능하게 지지하도록 설치되며, 상기 실린더의 압축실의 상부 및 하부를 각각 폐쇄하는 상부 베어링부 및 하부 베어링부와;

작동모드에 따라 상기 바이패스포트를 선택적으로 개방 및 폐쇄시키는 개폐유닛을 포함하여 구성되어;

상기 바이패스포트의 개방 및 폐쇄에 따라 압축실 내에 상이한 용적의 압축공간이 형성되도록 한 로터리 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 개폐유닛은 상기 모터에 전기적으로 연결되어 모터의 작동에 연동하여 바이패스포트를 개방 및 폐쇄 작동시키도록 된 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 흡입포트와 바이패스포트는 실린더 측벽에 압축실과 연통되게 형성되고, 상기 실린더의 측벽에 상기 흡입포트와 바이패스포트를 상호 연통되게 연결하는 연결유로가 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 3항에 있어서, 상기 연결유로는 상기 실린더의 상부면에 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 4항에 있어서, 상기 상부 베어링부의 하부면에 상기 연결유로와 상응하는 대응 연결유로가 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 3항에 있어서, 상기 연결유로는 상기 실린더의 하부면에 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 6항에 있어서, 상기 하부 베어링부의 상부면에 상기 연결유로와 상응하는 대응 연결유로가 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 3항에 있어서, 상기 개폐유닛은 상기 바이패스포트와 연결유로 간의 연결 부위에 모터와 전기적으로 연결되도록 설치되어, 모터의 작동과 연동하여 상기 바이패스포트와 연결유로를 연통 및 폐쇄시키는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 8항에 있어서, 상기 솔레노이드밸브는 그 몸체가 상하로 직선 운동하면서 연결유로와 바이패스포트를 상호 연통 및 폐쇄시키도록 된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 9항에 있어서, 상기 솔레노이드밸브의 몸체 하부에 솔레노이드밸브를 탄성적으로 지지하는 탄성부재가 설치된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 8항에 있어서, 상기 솔레노이드밸브는 그 몸체가 일방향 또는 양방향으로 회전 운동하면서 바이스패스구와 연결유로를 연통 및 폐쇄시키도록 된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 9항 또는 11항에 있어서, 상기 솔레노이드밸브의 몸체는 원기둥 또는 다각기둥 형태의 몸체를 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 12항에 있어서, 상기 솔레노이드밸브의 몸체에 일단이 상기 바이패스포트와 연통되고 타단이 상기 연결유로와 연통되는 유체가이드홀이 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 13항에 있어서, 상기 유체가이드홀은 상기 몸체에 일자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 13항에 있어서, 상기 유체가이드홀은 상기 몸체에 'ㄱ'자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 1항에 있어서, 상기 흡입포트와 토출포트는 상기 베인을 중심으로 베인의 양측에 근접하게 설치된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 1항에 있어서, 외부의 유체 공급원과 연결되어 유체가 일시적으로 흡입되어 임시적으로 저장되는 흡입 플레넘(plenum)과, 상기 흡입 플레넘과 상기 흡입포트를 연결하여 흡입 플레넘에 저장된 유체를 상기 흡입포트로 안내하는 흡입유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 17항에 있어서, 상기 흡입 플레넘과 바이패스포트를 연결하는 바이패스유로를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 흡입 플레넘은 하부 베어링부의 하측에 설치된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 19항에 있어서, 상기 흡입유로는 상기 하부 베어링부를 관통하여 흡입포트로 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 19항에 있어서, 상기 흡입유로는 상기 하부 베어링부의 외부에서 상기 흡입 플레넘의 일측과 상기 흡입포트를 연결하는 흡입관으로 구성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 18항에 있어서, 상기 바이패스유로는 상기 하부 베어링부를 관통하여 바이패스포트에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제 18항에 있어서, 상기 바이패스유로는 상기 하부 베어링부의 외부에서 상기 흡입 플레넘의 일측과 상기 바이패스포트를 연결하는 바이패스관으로 구성된 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.