KR100790378B1

KR100790378B1 - 엔진개조형 냉매압축기 및 이를 구비하는 냉난방장치

Info

Publication number: KR100790378B1
Application number: KR1020060056239A
Authority: KR
Inventors: 이경우
Original assignee: 주식회사 한두아이펨
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2008-01-02
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: KR20070121321A

Abstract

본 발명은 4행정 내연기관으로부터 개조된 저렴하고 대용량인 엔진개조형 냉매압축기와 이를 구비하는 냉난방장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 엔진개조형 냉매압축기는, 냉매압축부와, 냉매압축부를 수용하도록 형성된 하우징과, 하우징에 기밀하게 결합되는 하우징커버와, 냉매압축부와 하우징커버 사이에 위치하고 냉매의 흡입과 토출에 작용하는 밸브조립체와, 냉매압축부를 구동하기 위한 구동수단을 포함한다. 냉매압축부는 4행정 내연기관으로 개조하여 얻어지며, 실린더가 형성된 실린더블록과, 실린더블록 내에 배치된 피스톤과, 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환하기 위한 크랭크축과, 피스톤과 크랭크축을 연결하는 커넥팅로드를 구비한다. 냉매압축부가 4행정 내연기관으로부터 개조되어 형성되므로, 저렴하면서도 대용량의 냉매압축기가 제공될 수 있다. 냉매압축부를 구동하는 구동수단은 내연기관 또는 전동기를 포함한다. 엔진개조형 냉매압축기를 구비하는 냉난방장치는 초기 설치비용이 낮아, 농가의 온실 등에 용이하게 보급될 수 있다.

4행정 내연기관, 피스톤, 왕복동, 냉매압축기, 히트펌프

Description

엔진개조형 냉매압축기 및 이를 구비하는 냉난방장치{Refrigerant compressor remodeled from four-stroke cycle internal combustion engine and apparatus for heating and cooling comprising the same}

도 1은 본 발명에 따른 냉매압축기의 압축기 부분을 나타낸 부분절결 정면도이다.

도 2a는 및 도 2b는 각각 냉매압축부의 개략적인 사시도 및 평면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 각각 하우징의 좌측면도, 우측면도 및 평면도이다.

도 3d는 하우징과 냉매압축부 사이에 개재되는 완충용 개스킷의 평면도이다.

도 3e는 하우징과 냉매압축부의 결합 구성을 나타낸 부분 단면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 각각 하우징커버의 측면도, 평면도 및 저면도이다.

도 5a 및 도 5b는 각각 밸브조립체의 평면도 및 단면도이다.

도 5c는 흡입밸브를 나타낸 부분 사시도이다.

도 6a 및 도 6b는 개스킷의 평면도이다.

도 7은 냉매압축기의 압축기 부분의 상부의 단면도이다.

도 8a 내지 도 8c는 냉매압축부의 구동수단을 나타낸 도면이다.

도 9는 구동수단으로 채용되는 내연기관의 상세 구성을 나타낸 개략도이다.

도 10는 배관이 구비된 냉매압축기의 압축기 부분의 부분절결 정면도이다.

도 11은 유량조절밸브의 단면도이다.

도 12은 전자밸브의 회로도이다.

도 13은 본 발명에 따른 냉난방장치의 난방모드 운전을 도시한 계통도이다.

도 14는 본 발명에 따른 냉난방장치의 냉방모드 운전을 도시한 계통도이다.

도 15는 플로우스우치와 센서들이 부가된 냉난방장치의 계통도이다.

도 16은 플로우스위치와 온도스위치를 시동스위치에 설치하기 위한 회로도이다.

도 17은 냉난방장치의 운전제어수단을 나타낸 블럭도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 냉매압축기 110 : 냉매압축부

111 : 실리더블록 112 : 크랭크케이스

113 : 피스톤 114 : 크랭크축

116 : 크랭크실 121 : 하우징본체

122 : 오일수용부 126 : 압력센서

131 : 커버본체 131a, 131b : 격벽

133a, 133b : 냉매흡입실 134 : 냉매토출실

140 : 밸브조립체 142 : 흡입밸브

143 : 토출밸브 151, 152 : 개스킷

153 : 메커니컬 실 163 : 소형 밀폐형 압축기

164 : 유량조절밸브

본 발명은 냉매압축기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 4행정 내연기관으로부터 개조된 대용량의 냉매압축기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 냉매압축기를 구비하는 냉난방장치에 관한 것이다.

현재 대다수의 빌딩, 가정 및 온실은 실내 난방의 에너지원으로서 석유 또는 전기를 이용하고 있다. 예컨대, 특히 작물 재배용 온실에 있어서, 고온 환경이 필요한 작물에 대해서는 경유 또는 벙커씨유 등 화석연료를 사용하여 온실 내부를 난방하고 있고, 저온 환경이 필요한 작물에 대해서는 약 12 내지 18℃의 지하수를 끌어올려 온실 내부를 난방하고 있다.

지하수를 이용한 온실 난방은 이른바 수막난방 방식으로 이루어진다. 그러나, 예컨대 1000평 온실의 경우 수막난방을 위해 시간당 15 내지 25톤의 지하수가 난방을 위해 소비되고 있어, 지하수의 고갈을 초래할 수 있다. 또한, 지하수 대신 석유나 전기를 사용하여 온실 난방을 실행할 수 있지만, 이는 농산물의 생산 비용을 높이게 되어 농가 경쟁력을 저해하는 요인이 되고 있다.

온실 난방을 위한 대안으로서, 최근 자연의 열을 에너지원으로 하여 히트펌프를 사용해 온실 난방을 실행하는 방식이 도입되고 있다. 히트펌프는 하절기에 냉방용으로도 운전될 수 있으므로, 혹서기에도 작물 재배를 가능하게 하여 작물의 생육에 필요한 환경 조절을 통한 과학적 농경을 보장한다.

그러나, 농가의 온실에 냉난방용 히트펌프를 채택하는 경우, 히트펌프에 구비되는 냉매압축기는 필수적으로 대용량을 가져야 하고, 이러한 대용량 냉매압축기는 현재 전량 수입에 의존하는 실정이어서 히트펌프 설치비용이 높다. 그리고, 대용량 냉매압축기를 구동하기 위해 다량의 전력이 필요하고, 특히 국내 모든 온실이 전기로 대용량 냉매압축기를 구동하면 발전소를 추가로 건설하거나 송배전 설비가 추가로 필요하게 되어, 농가 경쟁력을 저해하는 요인이 된다. 냉난방용 히트펌프를 농가의 온실에 채택함에 있어, 초기 설치비용이 높고 운전비용이 과다해 용이하게 농가의 온실에 보급하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 4행정 내연기관으로부터 개조된 저렴하고 대용량인 냉매압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 냉매의 누설 우려가 없는 대용량의 냉매압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 4행정 내연기관으로부터 개조된 냉매압축기를 구비하는 냉난방장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 4행정 내연기관으로부터 개조된 냉매압축기와 그 구동수단으로서 내연기관을 구비하는 냉난방장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이상 발생시 자동 정지되고 운전 제어가 가능하며 엔진개조형 냉매압축기를 구비하는 냉난방장치를 제공하는 것이다.

위와 같은 목적 및 그 밖의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 엔진개조형 냉매압축기는, 적어도 하나의 실린더가 형성된 실린더블록과, 실린더블록에 결합된 크랭크케이스와, 실린더 내에 배치된 피스톤과, 크랭크케이스 내에 배치된 크랭크축과, 크랭크축과 피스톤을 연결하기 위한 커넥팅로드를 구비하는 냉매압축부와; 냉매압축부를 수용하고, 바닥에 크랭크케이스의 하부를 고정하기 위한 고정부재를 가지는 하우징과; 실린더블록의 상면에 배치되고 실린더와 대향하는 부분에 흡입밸브시트와 토출밸브시트가 관통하여 형성된 밸브판과, 흡입밸브시트에서 실린더 내측으로 개방되는 흡입밸브와, 토출밸브시트에서 실린더 외측으로 개방되는 토출밸브를 구비하는 밸브조립체와; 밸브조립체를 실린더블록 상면에 기밀하게 고정하고 하우징에 결합되며, 실린더블록의 길이방향을 따라서 형성된 제1 격벽과, 제1 격벽에 의해 구획되고 흡입밸브시트 쪽으로 개방된 냉매흡입실 및 토출밸브시트 쪽으로 개방된 냉매토출실과, 냉매흡입실과 연통하는 냉매흡입구와, 냉매토출실과 연통하는 냉매토출구와, 냉매흡입구에 결합되는 냉매흡입관과 냉매토출구에 결합되는 냉매토출관을 구비하는 하우징커버와; 하우징의 외측에 배치되고 크랭크축을 회전시키기 위한 구동수단과; 하우징 내부로 누출된 냉매를 냉매흡입구로 배출하여 하우징 내부의 압력을 저하시키기 위한 냉매배출수단을 포함한다.

실린더블록, 크랭크케이스, 피스톤, 크랭크축 및 커넥팅로드는 4행정 내연기관으로부터 얻어진다.

크랭크케이스는 하부의 가장자리를 따라서 4행정 내연기관에서 크랭크케이스 하부에 설치된 오일커버를 제거함으로써 형성되는 다수의 고정공을 가지며, 고정부재는 고정공에 대응하는 원뿔대형의 보스로 이루어지고, 고정공에 보스가 끼워짐으로써, 냉매압축부가 하우징 내부에 고정된다.

크랭크케이스 하부와 하우징 사이에 완충부재가 개재되는 것이 바람직하다.

하우징은 크랭크케이스 아래에 4행정 내연기관의 크랭크케이스 하부로부터 제거되는 오일커버의 형상에 대응하는 오일수용부를 가진다.

실린더블록은 상면에 실린더블록의 길이방향으로 마주하는 2개의 냉각수 통수공과, 흡입밸브가 배치되는 실린더 부근에 실린더블록을 관통하여 형성되는 오일배출공을 가지며, 2개의 냉각수 통수공은 4행정 내연기관의 실린더블록에 형성된 다수의 냉각수 통수공 중 실린더블록의 길이방향으로 마주하는 2개의 냉각수 통수공을 제외한 나머지 냉각수 통수공을 폐쇄함으로써 형성되고, 오일배출공은 4행정 내연기관의 실린더블록에 형성된 다수의 오일배출공 중 흡입밸브가 놓이는 측면에 위치한 오일배출공을 제외한 나머지 오일배출공은 폐쇄함으로써 형성된다.

밸브판은 오일배출공과 연통하고 실린더블록으로 갈수록 단면이 확대되는 오일회수구와, 흡입밸브시트로부터 냉매흡입실로 연장된 연장관를 더 구비한다.

흡입밸브와 토출밸브는 각각 각자의 밸브시트에 정합하는 밸브체와, 밸브체를 지지하는 탄성 지지편을 구비한다. 실린더블록은 상면에 실린더에 통하는 홈을 구비하고, 토출밸브의 탄성 지지편은 밸브판에 고정되고, 흡입밸브의 탄성 지지편은 홈에 고정된다.

냉매배출수단은, 일단이 하우징 내부와 연통하고 타단이 냉매흡입구에 연결 되는 소형 밀폐형 냉매 압축기와, 하우징에 설치되고 하우징 내의 압력을 감지하여 밀폐형 냉매 압축기를 구동시키는 신호를 발생시키는 압력센서를 구비한다.

실린더블록은 복수개의 실린더를 가지며, 하우징커버는 하우징커버가 실린더블록 상에 놓일 때 실린더중 하나와 실린더중 다른 하나 사이에 위치하고 제1 격벽과 동일한 높이로 형성되어 냉매흡입실을 제1 냉매흡입실과 제2 냉매흡입실로 구획하기 위한 제2 격벽을 가지며, 냉매흡입구는 제1 냉매흡입실과 연통하는 제1 냉매흡입구와 제2 냉매흡입실과 연통하는 제2 냉매흡입구로 이루어지고, 냉매흡입관은 제1 냉매흡입구에 결합되며, 냉매압축기는 냉매흡입관과 제2 냉매흡입구 사이에 위치하고 냉매흡입관에서 제2 냉매흡입실로 들어가는 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브를 더 포함한다.

유량조절밸브는, 냉매흡입관과 제2 냉매흡입구를 연결하는 분기관에 형성되는 밸브하우징과; 밸브하우징 내에 배치되고 분기관 내부의 냉매흐름을 폐쇄하도록 이동되는 밸브체와; 밸브체의 일단과 밸브하우징에 결합된 다이어프램을 포함하며, 밸브하우징과 다이어프램에 의해 한정되는 공간은 하우징 내부와 연통한다.

엔진개조형 냉매압축기는 냉매흡입관에 설치되고 냉매압축부의 작동시 개방되고 정지시 폐쇄되도록 구성되는 전자밸브를 더 포함한다.

구동수단과 크랭크축은 하우징을 관통하여 배치된 연장구동축을 통해 서로 결합되고, 엔진개조형 냉매압축기는 하우징에 연장구동축을 감싸도록 배치된 메커니컬 실을 더 포함한다.

구동수단은 차량용 4행정 내연기관이 될 수 있다. 전자밸브는 내연기관에 구비되는 시동스위치에 접속되어 시동스위치의 온에 의해 개방되고 오프에 의해 폐쇄되도록 구성된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 항온 물질이 흐르는 관을 가지는 열원부와; 열전달 물질이 순환하는 관을 가지고, 냉난방이 실행되는 냉난방부와; 상술한 엔진개조형 냉매압축기와; 냉매압축기의 냉매흡입구에 연결된 증발기와; 냉매압축기의 냉매토출구에 연결된 응축기와; 응축기와 증발기 사이에 배치된 팽창밸브와; 열원부와 열교환하기 위한 제1 열교환기와, 제1 열교환기 내부를 통과해 물이 순환하도록 구성된 제1 순환수관을 구비하는 제1 열교환부와; 냉난방부와 열교환하기 위한 제2 열교환기와, 제2 열교환기 내부를 통과해 물이 순환하도록 구성된 제2 순환수관을 구비하는 제2 열교환부와; 난방 작동시 제1 순환수관은 증발기를 통과하고 제2 순환수관은 응축기를 통과하며, 냉방 작동시 제1 순환수관은 응축기를 통과하고 제2 순환수관은 증발기를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉난방장치가 제공된다.

항온 물질은 지하수인 것이 바람직하다.

제1 순환수관과 냉매압축부의 냉각수 통수공이 연결된다.

제1 열교환부와 제2 열교환부를 순환하는 물은 부동액을 포함하는 것이 바람직하다.

냉매압축기의 구동수단은 차량용 4행정 내연기관을 포함한다.

내연기관은 라디에이터를 포함하는 냉각수 순환 시스템을 구비하고, 제2 순환수관은 냉각수 순환 시스템의 라디에이터 입구측에 연결되는 제1 접속관과, 냉각 수 순환 시스템의 라디에이터 출구측에 연결되는 제2 접속관과, 제1 접속관과 제2 접속관을 연결하는 바이패스관을 포함하고, 제2 열교환부는 바이패스관에 설치되는 제1 밸브와 제2 접속관에 설치되는 제2 밸브를 더 구비하며, 난방작동시 제1 밸브는 폐쇄되고 제2 밸브는 개방되며, 냉방작동시 제1 밸브는 개방되고 제2 밸브는 폐쇄되도록 구성된다.

내연기관은 자동차 시동스위치를 구비하고, 냉난방장치는 열원부의 관, 냉난방부의 관, 제1 순환수관 및 제2 순환수관 중 적어도 하나에 설치되어 유량 감소에 따라 신호를 발생시키는 플로우스위치를 더 포함하며, 플로우스위치는 자동차 시동스위치를 구성하는 전기회로의 전원과 시동 접점 사이에 직렬로 연결되도록 구성된다.

냉난방장치는 내연기관의 회전수를 증감시키는 운전제어수단을 더 포함한다.

운전제어수단은, 증발기에서 나오는 냉매의 압력과 온도를 감지하는 증발기 센서와, 응축기로 들어가는 냉매의 압력과 온도를 감지하는 응축기 센서와, 냉난방부의 온도를 감지하는 냉난방부 센서로 이루어지는 센서부와; 내연기관에 구비된 스로틀밸브와; 센서부로부터의 신호를 받아 스로틀밸브의 개폐 정도를 조절하도록 구성된 마이컴을 구비한다. 센서부는 내연기관에 구비되고 내연기관의 회전수를 감지하는 회전수 감지 센서를 더 구비하고, 마이컴은 회전수 감지 센서로부터의 신호를 받아 스로틀밸브의 개폐 정도를 조절하도록 구성된다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉매압축기 및 냉난방장치에 대해 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대용량의 엔진개조형 냉매압축기(100)(이하, 간단히 “냉매압축기(100)”라 한다)의 일부의 부분 절결 측면도이다. 냉매압축기(100)는 냉매를 흡입하고 압축하기 위한 압축기 부분과 압축기 부분을 구동하기 위한 구동수단을 포함하며, 도 1에는 냉매압축기(100)의 압축기 부분이 도시되어 있고, 이에 부설되는 배관구성은 생략되어 있다.

도 1을 참조하면, 냉매압축기(100)는 냉매의 압축을 담당하는 냉매압축부(110)와, 냉매압축부(110)를 수용하여 고정하는 하우징(120)과, 하우징(120)에 기밀하게 결합되는 하우징커버(130)와, 냉매압축부(110)와 하우징커버(130) 사이에 위치하고 냉매의 흡입과 토출에 작용하는 밸브조립체(140)를 포함한다.

도 2a는 냉매압축부(110)의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 냉매압축부(110)의 개략적인 평면도이다. 도 1, 도 2a 및 도 2b를 함께 참조하여 냉매압축부(110)에 대해 설명한다.

냉매압축부(110)는 적어도 하나의 또는 다수의 냉매가 흡입되고 압축되는 실린더(111a)를 가지는 실린더블록(111)과, 실린더블록(111) 하측에서 실린더블록(111)에 결합된 크랭크케이스(112)와, 각각의 실린더(111a) 내에 왕복운동 가능하게 배치된 피스톤(113)과, 외부 구동장치(미도시)와 연결될 수 있고 실린더블록(111)과 크랭크케이스(112)의 결합 부분에서 각 부분이 지지되는 크랭크축(114)과, 크랭크축(114)과 피스톤(113)을 연결하여 크랭크축의 회전을 피스톤(113)의 왕복운동으로 전환하기 위한 커넥팅로드(115)를 포함한다. 피스톤(113)에는 실린더(111)의 기밀을 보장하기 위한 피스톤링이 설치되어 있다.

냉매압축부(110)는 4행정 내연기관으로부터 개조될 수 있다. 바람직하게는, 냉매압축부(110)는 중고 4행정 내연기관으로부터 개조될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 중고 수랭식 4행정 내연기관으로부터 개조될 수 있다. 냉매압축부(110)로 개조될 수 있는 4행정 내연기관으로서 승용차나 트럭의 차량용, 소형 선박용의 가솔린 또는 디젤의 4행정 내연기관이 채용될 수 있다. 이러한 4행정 내연기관은 배기량이 크므로, 개조된 냉매압축부(110)는 대량의 냉매를 흡입하여 압축할 수 있고, 냉매압축기(100)는 대용량의 엔진개조형 냉매압축기로 구현될 수 있다.

예컨대, 4행정 내연기관에서, 변속기등의 동력전달부품, 실린더블록의 측부와 상부에 설치되는 밸브 및 밸브 동작을 위한 부품, 실린더헤드, 점화에 필요한 부품, 크랭크케이스 하부에 설치되고 윤활유 수용을 위한 오일커버 등을 제거함으로써, 도 2a 및 도 2b에 도시된 냉매압축부(110)가 얻어질 수 있다.

4행정 내연기관으로부터 실린더헤드, 흡기밸브, 배기밸브 등을 제거하면, 실린더블록(111)의 상면(111b)에는 다수의 구멍이 존재한다. 이러한 구멍은 실린더블록과 실린데헤드의 결합을 위한 볼트체결공, 냉각수 통수공, 흡배기 밸브의 윤활을 위한 오일배출공 등이 될 수 있다. 이러한 구멍을 적절히 가공하여 냉매압축부(110)의 실린더블록(111)의 상면(111b)을 형성한다.

실린더헤드의 결합을 위한 볼트체결공은 그대로 남겨두며, 이 볼트체결공은 도 2a 및 도 2b에 참조번호 111c로 표시되어 있다.

냉각수 통수공은 실린더블록(111)의 길이방향으로 마주하는 2개만을 남겨두고 모두 폐쇄한다. 이렇게 형성된 냉각수 통수공은 도 2a 및 도 2b에 참조번호 111d로 표시되어 있다. 냉각수 통수공(111d)에 냉각수 유출입관(111e)이 하우징커버(130)와 밸브조립체(140)를 통해 결합된다. 냉각수 유출입관(111e)에 별도의 냉각수 순환 시스템을 마련하거나, 후술하는 냉난방장치의 순환수 시스템에 연결하여, 냉매압축부(110)의 냉각을 실현한다.

오일배출공은 4행정 내연기관에서 흡기 및 배기밸브의 윤활을 위해 형성된 것으로 실린더블록을 관통해 크랭크케이스 내로 개방된다. 오일배출공의 경우, 냉매를 흡입하기 위한 밸브가 설치된 측에 위치한 오일배출공만을 남겨두고 모두 폐쇄한다. 이렇게 형성된 오일배출공은 도 2a 및 도 2b에 참조번호 111f로 표시되어 있다.

또한, 실린더블록(111)의 상면(111b)에서 각 실린더(111a)의 외주연에 냉매 흡입밸브를 설치하기 위한 홈(111g)을 형성한다.

냉매압축부(110)의 일측, 상세하게는 크랭크축(114)의 일단에는 오일펌프(117)가 형성되어 있다. 오일펌프(117)는 개조될 4행정 내연기관에서 제거되지 않고 잔류되는 부품이다. 냉매압축부(110)의 타측, 상세하게는 크랭크축의 타단에는 외부의 구동수단과 연결되기 위한 연장구동축(118)이 연결되어 있다. 연장구동축(118)은 일단에서 크랭크축의 타단과 볼트 체결되며, 타단에 외부의 구동수단과의 연결을 위한 연결구(118a)를 구비한다. 연결구(118a)는 도시된 바와 같은 V홈을 가지는 풀리 또는 유니버셜조인트가 될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 각각 하우징(120)의 좌측면도, 우측면도 및 평면도이고, 도 3d는 하우징과 냉매압축부 사이에 개재되는 완충용 개스킷의 평면도이고, 도 3e 는 하우징과 냉매압축부의 결합 구성을 나타낸 부분 단면도이다. 도 1과 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 하우징(120)에 대해 설명한다.

하우징(120)은 4행정 내연기관으로부터 개조된 냉매압축부(110)를 내부에 수용하며 냉매의 유출을 방지하기 위한 기밀 유지에 적합하도록 형성된다. 하우징(120)은 주철 또는 강철로 이루어질 수 있다.

하우징(120)은 상자형의 하우징본체(121)와, 하우징본체(121)의 바닥에 형성된 오일수용부(122)와, 하우징본체(121)의 상면 테두리를 따라서 소정 폭으로 연장된 테두리연장부(123)를 구비한다.

하우징본체(121)의 일측 벽에는 하우징(120)의 내부와 연통하기 위한 연통관(124)이 설치되어 있다. 연통관(124)의 작용에 대해서는 후술한다. 하우징본체(121)의 타측 벽에는 연장구동축(118)을 지지하고 축봉수단(153)을 수용하는 축봉수단 홀더(125)가 결합되어 있다.

축봉수단(153)은 연장구동축(118)의 설치로 인한 하우징(120) 내부의 누설을 방지하기 위해 구비된다. 축봉수단(153)은 연장구동축(118)을 감싸면서 축봉수단 홀더(125)에 의해 유지된다. 본 실시예에서의 축봉수단(153)은 메커니컬 실(mechanical seal)로 구성된다.

하우징본체(121)의 바닥에는 냉매압축부(110)를 하우징(120)에 고정하기 위한 고정부재로서 다수의 보스(121a)가 형성되어 있다. 보스(121a)는 상부가 좁고 하부가 넓은 원뿔대 형상이다. 보스(121a)는 단순히 원주형태로 이루어질 수도 있다.

4행정 내연기관으로부터 상술한 냉매압축부(110)를 구성할 때, 크랭크케이스(112)의 하부에서 윤활유를 수용하기 위한 오일커버(미도시)를 제거하면, 크랭크케이스(112)의 하부의 가장자리를 따라서 오일커버를 고정하기 위한 다수의 고정공(112a)이 노출된다. 보스(121a)의 개수와 위치는 크랭크케이스(112)의 하부 가장자리를 따라서 형성되어 있는 고정공(112a)의 개수와 동일한 개수로 또한 크랭크케이스(112)가 하우징본체(121)의 바닥에 설치될 때 고정공(112a)에 삽입되도록 형성되어 있다.

하우징본체(121)의 바닥과 크랭크케이스(112) 사이에는 완충부재(154)가 개재되어 있다. 완충부재(154)는 도 3d에 도시된 바와 같이 크랭크케이스(112)의 하우징본체(121)의 바닥과 접촉하는 부분의 형상에 맞추어 형성되며, 보스(121a)가 통과하는 통공(154a)을 가진다. 완충부재(154)로서 개스킷이 채용될 수 있으며, 완충부재(154)는 하우징(120) 내부에 냉매압축부(110)를 수용하고 하우징(120)에 하우징커버(130)를 조립할 때 가공공차에 의한 손상을 막기 위해 적당한 두께로 형성된다.

하우징본체(121)의 밑면에 볼록하게 형성된 오일수용부(122)는 하우징(100)의 바닥 부분을 형성하며, 예컨대 반원통형으로 이루어지고, 원통형 면 상의 일측에 하방으로 볼록하고 오일과 오일여과기(117a)를 수용하기 위한 공간을 형성하는 볼록부(122a)를 가진다. 오일수용부(122)는 냉매압축부(110)로 개조되는 4행정 내연기관의 크랭크케이스로부터 제거되는 오일커버의 형상과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

오일수용부(122)의 일측 벽에는 오일수용부(122)의 벽을 관통해 위치하고 내부 오일의 양을 점검하기 위한 투명한 오일레벨게이지(126)와, 크랭크실(116) 내부의 압력을 감지할 수 있는 압력센서(127)가 설치된다.

압력센서(127)는 일정 압력에서 접점이 온되도록 설정된 일반적인 압력센서스위치를 포함한다. 압력센서(127)는 크랭크실(116) 내부의 압력이 미리 설정된 수준 이상으로 상승하면 전기신호를 발생하도록 구성된다. 압력센서(127)는 하우징본체(121)에 설치될 수도 있다.

일반적인 4행정 내연기관의 경우, 엔진윤활을 위해 사용되는 엔진오일 여과기는 주로 외부에 노출되어 있다. 냉매압축부(110)로의 개조시, 엔진오일여과기(117a)를 오일수용부(122a) 내부에 설치하고, 오일펌프(117)의 토출측, 즉 오일여과기가 제거된 부분은 적절히 바이패스시킨다.

테두리연장부(123)는 하우징커버(130)가 안착되는 부분으로서 기능한다. 테두리연장부(123)는 하우징커버(130)를 고정하기 위한 통공(123a)이 형성되어 있다. 하우징본체(121)의 벽 두께가 충분한 경우, 테두리연장부(123)는 생략될 수도 있다.

도 4a는 하우징커버(130)의 좌측면도이고, 도 4b는 하우징커버(130)의 평면도이며, 도 4c는 하우징커버(130)의 저면도이다. 도 1과 도 4a 내지 도 4b를 참조하여 하우징커버(130)에 대해 설명한다.

하우징커버(130)는 실린더블록(111)의 상면(111b)(도 2 참조) 형상에 대응하게 형성되고 내부에 냉매가 체류하는 공간을 가지는 상자형의 커버본체(131)와, 커 버본체(131)의 하측 둘레에 형성되고 커버본체(131)를 하우징(120)과 냉매압축부(110)와 결합시키기 위한 커버판(132)을 포함한다.

커버판(132)의 가장자리에는 둘레를 따라서 다수의 볼트체결공(132a)이 형성되어 있다. 볼트체결공(132a)은 하우징의 테두리연장부(113)의 볼트체결공(123a)에 개수와 위치가 대응하게 형성되며, 볼트체결공(123a, 132a)을 통해 볼트(123b)를 끼우고 너트(123c)로 조임으로써, 하우징커버(130)가 하우징(120) 상에 결합된다. 이 경우, 커버판(132)과 테두리연장부(123) 사이에는 하우징(120) 내부를 밀봉하기 위한 밀봉재로서 개스킷(155)이 개재되어 있다.

도 4b 및 도 4c에 도시된 파선으로 한정된 영역(A1)은 실린더블록의 상면(111b)의 평면 형상에 대응한다. 커버판(132)에는 영역(A1)의 내측과 커버본체(131) 사이에 실린더블록의 상면(111b)에 형성된 볼트체결공(111c)(도 2a 및 도 2b 참조)에 대응하는 통공(132b)이 형성되어 있다. 볼트체결공(111c)은 4행정 내연기관에서 실린더블록과 실린더헤드의 결합을 위해 형성된 것으로, 커버판(132)의 통공(132b)은 기 형성된 볼트체결공(111c)의 개수 및 위치에 맞게 형성된다. 참조번호 137은 상술한 냉각수 유출입관(111e)이 관통하는 통공이다.

커버본체(131)는 냉매압축부(110)의 실린더블록(111) 상측에 놓인다. 커버본체(131)는 실린더블록(111)의 상면(111b)의 평면 형상에 대응하도록 기다란 육면체 형상을 가진다. 커버본체(131)는 그 내부에 실린더블록(111)의 길이방향을 따르는 제1 격벽(131a)을 가진다. 바람직하게는, 제1 격벽(131a)은 커버본체(131)를 양분하도록 형성되며, 커버본체(131)의 밑면과 동일 높이로 형성된다.

제1 격벽(131a)에 의해 커버본체(131)의 내부는 냉매가 체류할 수 있는 2개의 제1 및 제2 공간(133, 134)으로 구획될 수 있다. 제1 공간(133)은 실린더(111a)(도 1 및 도 2 참조) 내부로 흡입될 냉매가 체류하는 공간으로 작용할 수 있다.(이하, 제1 공간(133)을 “냉매흡입실(133)”이라 한다) 제2 공간(134)은 실린더(111a)에서 피스톤(113)에 의해 압축되어 토출된 냉매가 체류하는 공간으로 작용할 수 있다.(이하, 제2 공간(134)을 “냉매토출실(134)”이라 한다)

커버본체(131)의 상측에는 냉매흡입실(133)과 연통하는 냉매흡입구(135)와 냉매토출실(134)과 연통하는 냉매토출구(136)가 형성되어 있다. 냉매흡입구(135)와 냉매토출구(136)에 냉매흡입관(미도시)과 냉매토출관(미도시)이 각각 결합된다.

커버본체(131)는 냉매흡입실(133)을 구획하기 위한 제2 격벽(131b)을 더 구비한다. 제2 격벽(131b)은 제1 격벽(131a)과 동일한 높이로 제1 격벽(131a)에 수직하게 형성되며, 커버본체(131)가 실린더블록(111) 상에 위치할 때 일열을 이루는 다수의 실린더(111a)중 가장 끝쪽에 위치하는 실린더와 그 다음 실린더 사이에 위치하도록 형성된다. 제2 격벽(131b)에 의해 냉매흡입실(133)은 제1 냉매흡입실(133a)과 제2 냉매흡입실(133b)로 구획되며, 각각의 냉매흡입실(133a, 133b)에 제1 냉매흡입구(135a)와 제2 냉매흡입구(135b)가 형성된다. 제1 냉매흡입구(135a)에는 냉매흡입관(미도시)이 결합되고 제2 냉매흡입구(135b)에는 냉매흡입관에서 분기된 배관이 결합된다. 이들 제2 냉매흡입실(133b), 제2 냉매흡입구(135b)의 작용에 대해서는 후술한다.

제2 격벽(131b)이 일열을 이루는 다수의 실린더(111a)중 가장 끝쪽에 위치하 는 실린더와 그 다음 실린더 사이에 위치하도록 형성되어 있는 것으로 설명되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 격벽은 일렬을 이루는 다수의 실린더 중 하나를 이웃하는 실린더 사이에 위치하도록 형성될 수 있고, 이 경우 2개의 제2 격벽이 구비될 수 있으며, 이에 맞추어 제2 냉매흡입구가 형성될 수 있다.

제1 격벽(131a)에는 밸브조립체(140)와의 결합을 위한 볼트체결공(131c)이 형성되어 있고 제2 격벽(131b)에는 밸브조립체(140)와의 결합을 위한 볼트체결공(131d)이 형성되어 있다.

도 5a는 밸브조립체(140)의 평면도이고, 도 5b는 도 5a의 A-A 선에 따른 단면도이고, 도 5c는 도 5c는 흡입밸브를 나타낸 부분 사시도이다. 도 1과 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 밸브조립체(140)에 대해 설명한다.

밸브조립체(140)는 냉매압축부(110)의 상부와 커버본체(131)의 하부 사이에 놓이는 밸브판(141)과, 밸브판(141)에 결합 및 분리되는 흡입밸브(142) 및 토출밸브(143)를 포함한다.

밸브판(141)은 주철 또는 강철로 이루어진 판상 부재이다. 밸브판(141)의 가장자리를 따라서 통공(141c)이 형성되어 있다. 통공(141c)은 실린더블록(111) 상면에 형성된 볼트체결공(111c)과 동일한 개수로 또한 밸브판(141)이 놓일 때 서로 정합하도록 형성되어 있다. 파선으로 한정된 영역(A2)의 각각은 밸브판(141)이 실린더블록(111) 상에 놓일 때 각 실린더에 해당하는 부분이다. 영역(A2) 내에 볼트체결을 위한 나사가 구비된 통공(141d)이 형성되어 있으며, 통공(141d)은 커버본체(131)의 제1 격벽(131a)에 형성된 볼트체결공(131c)과 개수 및 위치에서 대응한 다. 통공(141e)은 제2 격벽(131b)에 형성된 볼트체결공(131d)과 개수 및 위치에서 대응한다. 통공(141f)과 통공(141g)은 각각 실린더블록(111)에 형성된 냉각수 통수공(111d)과 오일배출공(111f)에 개수 및 위치에서 대응한다.

통공(141g)은 실린더블록의 오일배출공(111f)과 연통하며, 냉매흡입실(134)의 바닥에 고일 수 있는 오일 또는 액상의 냉매를 크랭크실(116)로 배출하도록 기능한다. 통공(141g)은 밸브판(141)의 상부에서 하부로 갈수록 단면적이 확대되는 예컨대 뒤집어진 깔때기 형상을 가지며, 통공(141g)의 밸브판(141) 상부에서 직경은 대략 1㎜인 것이 바람직하다. 따라서, 냉매흡입실(134) 내의 체류하는 냉매가 크랭크실(116)로 유입되는 것이 억제된다.

밸브판(141)의 상면, 즉 커버본체(131)의 냉매토출실(134)에 대향하는 면에는 토출밸브(143)가 설치되어 있고, 밸브판(141)의 하면, 즉 실린더(111a)를 향하는 면에는 흡입밸브(142)가 밸브판(141)에 개폐하며, 흡입밸브(142)는 실린더블록(111)의 상면에 설치된다.

토출밸브(143)는 밸브체(143a)와 밸브체(143a)를 지지하는 탄성지지편(143a)과 지지편(143a)을 밸브판(141)에 고정시키기 위한 고정핀 또는 고정볼트(143c)를 구비한다.

밸브체(143a)는 원뿔대, 반구, 원판 등의 형상이며 고탄소 합금강으로 이루어진다. 탄성지지편(143b)은 밸브체(143a)에 용접 또는 다른 방식에 의해 결합되어 있으며, 금속으로 가요성을 가지도록 형성된다. 따라서, 밸브체(143a)는 고정핀(143c)을 통해 밸브판(141)에 고정된 지지편(143b)에 의해 밸브판(141)에 결합 또는 분리될 수 있다.

흡입밸브(142)도 토출밸브(143)와 마찬가지로 밸브체(142a)와 지지편(142b)과 고정핀 또는 고정볼트(142c)를 구비한다. 지지편(142b)이 실린더블록(111)의 상면(111b)에 형성된 홈(111g)에 끼워진 상태에서 고정핀(142c)이 홈(111g)에 결합되어, 흡입밸브(142)가 실린더블록(111) 상에 설치된다. 이 경우, 흡입밸브(142)의 밸브체(142a)는 토출밸브의 밸브체(143a)와 서로 대향하도록 위치한다. 흡입밸브(142)는 토출밸브(143)와 마찬가지로 밸브판(141)에, 즉 밸브판(141)의 하면에 설치될 수도 있다.

밸브체(142a, 143a)가 밸브판(141)에 결합하도록, 밸브판(141)에는 밸브체(142a)에 대응하는 흡입밸브시트(141a)와 밸브체(143a)에 대응하는 토출밸브시트(141b)가 형성되어 있다. 밸브시트(141a, 141b)는 영역(A2) 내에 하나씩 형성되며, 밸브체(142a, 143a)가 기밀하게 결합하도록 밸브체(142a, 143a)의 단면형상에 일치하는 형상을 가진다. 도면에는 하나의 실린더에 해당하는 영역(A2)에 흡입밸브(142)와 토출밸브(143)가 하나씩 구비된 것으로 도시되어 있지만, 밸브조립체(140)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 하나의 영역(A2)에 2개씩의 흡입밸브와 토출밸브가 구성될 수도 있고, 2개의 흡입밸브와 1개의 토출밸브가 구성될 수도 있다.

밸브판(141)은 흡입밸브시트(141a)의 가장자리를 따라서 상방으로 냉매흡입실(133a, 133b)로 연장된 소정 길이의 연장관(141h)을 더 구비한다. 연장관(141h)이 밸브판(141)의 상면으로부터 소정 길이 연장되어 있으므로, 흡입밸브(141)를 통 해 실린더(111a) 내부로 냉매만이 흡입되는 것이 보장된다. 냉매압축기(100)가 구비되는 냉난방 시스템을 냉매가 순환하는 과정에서, 냉매는 실린더(111a)를 경유할 때 윤활유가 냉매에 포함될 수 있고, 또한 냉매가 원활하게 증발하지 않는 경우 액상의 냉매가 냉매흡입실(134)로 유입될 수 있다. 이 경우, 윤활유나 액상의 냉매는 냉매흡입실(134)의 바닥에 고이게 될 것이고, 연장관(141h)에 의해 흡입밸브(142)를 통해 실린더(111a) 내부로 흡입되는 것이 방지된다. 냉매흡입실(134)의 바닥에 고인 윤활유나 액상의 냉매는 상술한 통공(141f)과 오일회수구(111f)를 거쳐 크랭크실(116)로 배출된다.

도 6a 및 도 6b는 실린더블록(111)과 밸브조립체(140)와 커버본체(131) 사이에 놓이는 개스킷의 평면도이다. 본 실시예의 냉매압축기(100)는 실린더블록(111)과 밸브조립체(140) 사이에 놓이는 개스킷(151)과 밸브조립체(140)와 커버본체(131) 사이에 놓이는 개스킷(152)을 구비한다.

개스킷(151)에는 그 가장자리를 따라서 볼트가 통과하는 통공(151a)이 형성되어 있고, 냉각수 유출입관(111e)이 통과하는 통공(151b)과 통공(141f)과 오일회수구(111f)에 연통하는 통공(151c)을 가진다. 통공(151a)과 통공(151b)과 통공(151c)의 개수와 위치는 볼트체결공(111c), 냉각수 통수공(111d) 및 오일회수구(111f)와 각각 동일하다. 개스킷(151)은 냉매압축기(110)로 개조되는 4행정 내연기관의 실린더블록과 실린더헤드 사이에 배치되는 개스킷에 통공(151b)과 통공(151c)을 가공하여 형성될 수도 있다.

개스킷(152)은 밸브조립체(140)와 커버본체(131) 사이에 배치되어, 냉매흡입 실(133a, 133b)과 냉매토출실(134) 사이의 기밀 유지 및 하우징커버(130)와 밸브조립체(140) 사이의 기밀 유지를 담당한다. 이를 위해, 개스킷(152)의 평면 형상은 커버본체(131)의 하부 평면 형상에 대응하게 형성된다. 개스킷(152)은 볼트체결공(111c)에 대응하는 통공(152a)과, 제1 격벽(131a)에 형성된 볼트체결공(131c)에 개수와 위치에서 대응하는 통공(152b)과, 제2 격벽(131b)에 형성된 볼트체결공(131d)과 냉각수 입출구에 개수와 위치에서 대응하는 통공(152c)을 가진다.

도 7은 냉매 압축 부분 상부의 단면도이다.

커버본체(131)의 아래에 개스킷(152), 밸브조립체(140) 및 개스킷(151)을 순서대로 배치하고, 볼트를 사용해 이들을 커버본체(131)에 조립한다. 예컨대, 나사못을 밸브조립체(140)의 통공(141e)과 개스킷(152)의 통공(152c)을 통해 커버본체(131)의 체결공(131d)에 체결하고, 볼트를 밸브조립체(140)의 통공(141d)과 개스킷(152)의 통공(152b)을 통해 커버본체(131)의 볼트체결공(131c)에 체결하여 개스킷(152)과 밸브조립체(140)를 커버본체(131)에 부착한다. 계속해서, 개스킷(151)을 실린더블록(111) 상에 배치하고 하우징커버(130)를 하우징(120)의 테두리연장부(123)에 정합시킨 후, 볼트를 커버판(132)의 통공(132b), 개스킷(152)의 통공(152a), 밸브조립체의 통공(141c), 개스킷(151)의 통공(151a)을 통해 실린더블록(111)의 볼트체결공(111c)에 체결하고, 커버판(132)과 테두리연장부(123)를 볼트-너트 체결하여 냉매압축기(100)의 압축기 부분의 조립을 수행한다.

도 7을 참조하면, 실린더(111a) 내에서 피스톤(113)이 하강하면, 실린더(111a) 내의 압력이 내려가는 동시에 흡입밸브(142)가 개방되고 토출밸브(143)는 폐쇄되면서 실린더(111a) 내로 냉매흡입실(134)로부터 냉매가 흡입된다. 이후 피스톤(113)이 상승하면 냉매가 압축되면서 실린더(111a) 내의 압력이 상승하고, 이에 상응하게 흡입밸브(142)는 폐쇄되고 토출밸브(143)가 개방되면서 압축된 냉매가 냉매토출실(133a)로 토출된다.

이 때, 냉매의 흡입에 있어서, 냉매흡입실(134)에는 저압의 냉매가 체류하고 있으므로, 흡입밸브(142)의 지지편(142b)의 강성은 크게 설정될 필요는 없다. 이와는 반대로, 냉매의 압축과 압축된 냉매의 토출에 있어서, 토출밸브(143)는 실린더(111a) 내의 냉매가 피스톤(113)에 의해 어느 정도 압축된 후 개방되어야 하므로, 소망하는 냉매의 압축 정도에 맞추어 토출밸브(143)의 지지편(143b)의 강성이 설정된다.

도 8a 내지 도 8c는 냉매압축기(100)의 냉매압축부(110)를 구동하기 위한 구동수단과 냉매압축부(110)와 구동수단의 연결관계를 도시한다.

본 발명에 따른 냉매압축기(100)에 채용되는 구동수단은 전동기 또는 내연기관을 포함한다. 내연기관이 구동수단으로 채용되는 경우, 발전기용 엔진 또는 승용차나 트럭의 차량용, 소형선박용의 가솔린 또는 디젤 내연기관의 신품 또는 중고품이 구동수단으로 채용될 수 있다. 도 8a 및 도 8c에 도시된 구동수단(170)은 내연기관을 나타내고, 도 8b에 도시된 구동수단(180)은 전동기를 나타낸다.

도 8a 및 도 8b에 있어서, 내연기관(170)과 전동기(180)는 벨트전동에 의해 냉매압축부(110)를 구동하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 이들 구동수단(170, 180)의 구동축에 V홈 풀리(118a)에 상응하는 V홈 풀리(118d)를 설치하고 V벨 트(118c)를 사용해 전동시킬 수 있다. 도 8c에 있어서, 내연기관(170)은 유니버셜조인트(118b)에 의해 냉매압축부(110)를 구동하도록 구성될 수 있다.

도 9는 냉매압축부(110)의 구동수단으로서 승용차 또는 트럭으로부터 얻어지는 차량용 내연기관을 도시한다.

승용차 또는 트럭으로부터 구동수단으로 채용될 내연기관(170)을 얻는 경우, 승용차 또는 트럭으로부터 내연기관(170)의 작동에 필요한 부품을 얻을 수 있다. 예컨대, 연료탱크(171a)와 연료펌프(171b)를 가지는 연료공급시스템(171), 연소에 필요한 공기를 흡입하여 내연기관(170)에 공급하는 급기시스템(미도시), 승용차 또는 트럭의 가속페달 조작에 따라서 개폐되는 스로틀밸브(172), 축전지(173), 내연기관(170)의 구동축에 연결되어 발전을 수행하는 축전지 충전용 발전기(174), 시동스위치(175), 라디에이터(176), 라디에이터팬(177), 엔진속도계(178), 그 외의 전기부품 등이 내연기관(170)에 구비될 수 있다. 또한, 축전지 충전용 발전기(174)에 병렬로 별도의 교류 발전기(174′)를 더 설치하여, 교류 발전기(171′)로부터 냉매압축기(100)에 구비되는 전기부품에 필요한 전력을 생산할 수 있다. 도 9에는 설명의 편의상 축전지, 발전기, 시동스위치, 스테핑모터 등 전기부품을 연결하는 배선 구성은 생략되어 있다.

도 10은 도 1과 유사한 도면으로서, 실린더로부터 크랭크실(116)로 또한 크랭크실(116)에서 하우징(120) 내부로 누출되는 냉매로 인한 하우징(120) 내부의 압력 상승을 방지하는 구성이 구비된 냉매압축기(100)의 압축기 부분을 도시한다.

도 10을 참조하면, 냉매흡입구(135a)에 냉매흡입관(161)이 결합되어 있고, 냉매토출구(136)에 냉매토출관(162)이 결합되어 있다. 상기한 크랭크실(116) 내부의 압력 상승을 방지하는 구성은 크랭크실(116)(상세하게는, 하우징(120) 내부)과 냉매흡입관(161)을 서로 연결하도록 구성된다.

피스톤(113)과 피스톤링(113a)(도 7 참조)이 실린더(111a)와 완전한 기밀상태로 접촉하지는 않고, 피스톤링(113a)이나 실린더(111a)의 벽에 마모가 발생하므로, 냉매압축부(110)에서 고압으로 압축되는 냉매는 크랭크실(116)로 누출될 수 있다. 특히, 엔진개조형 냉매압축기는 냉매압축전용 압축기와는 달리 크랭크실의 압력 상승시 완벽한 기밀이 유지되지 못해 누설의 우려가 크다. 따라서, 크랭크실(116)로 누출된 고압의 냉매는 크랭크축과 연장구동축의 연결 부위, 크랭크케이스(112)와 하우징(120) 사이 등을 통해 냉매압축부(110)의 외부로 누출될 수 있다. 냉매압축부(110)에서 누출된 고압의 냉매는 냉매압축부(110)와 하우징(120) 사이에 머물게되고, 누출이 많아질 수록 압력이 상승하는 냉매는 축봉수단(153)을 통해 또는 하우징(120)과 하우징커버(130) 사이를 통해 냉매압축기(100) 외부로 누설될 수도 있다. 냉매의 누출은 냉매의 보충문제 뿐만 아니라 냉매압축기의 효율을 저하시키고 환경에 위해하므로, 냉매압축기(100)의 운전중 또는 휴지중에 하우징(120) 내부의 압력을 일정 수준 이하로 유지할 필요가 있다.

본 발명에 따른 냉매압축기(100)는 크랭크실(116) 또는 하우징(120) 내부의 압력을 저하시키기 위한 냉매배출수단과 크랭크실 감압수단을 포함한다.

냉매배출수단은 소형 냉매 압축기(163)와, 크랭크실(116) 내부의 압력을 감지하는 압력센서(127)와, 소형 냉매 압축기(163)의 토출측과 냉매흡입관(161) 사이 에 설치된 역지밸브(165b)를 구비한다.

소형 냉매 압축기(163)의 흡입측은 연통관(124)에 연결되어 있고 토출측은 역지밸브(165b)를 거쳐 조인트(167a)를 통해 냉매흡입관(161)에 연결되어 있다. 소형 냉매 압축기(163)의 동작은 압력센서(127)에 의해 제어된다. 압력센서(127)에 의해 크랭크실(116) 또는 하우징(120) 내부의 압력이 일정 수준 이상으로 상승한 것이 감지되면, 소형 냉매 압축기(163)이 작동되어, 하우징(120) 내로 누출되어 고압으로 체류하는 냉매를 하우징(120) 내부로부터 배출시킨다. 소형 냉매 압축기(163)에 의해 하우징(120)으로부터 배출된 냉매는 역지밸브(165b)를 거쳐 냉매흡입관(161)으로 공급된다.

소형 냉매 압축기(163)는 냉매를 흡입하여 토출할 수 있고 압축할 수 있는 전기로 동작되는 소형 밀폐형 압축기를 포함한다. 예컨대, 냉매압축기(100)에 채용되는 냉매로서 통상의 R-22, R-410 등의 냉매가 사용되는 경우, 소형 냉매 압축기(163)으로서, 냉매압축기(100)에 채용되는 냉매용의 소형 밀폐형 압축기가 채용될 수 있다.

크랭크실 감압 수단은 실린더에 흡입되는 냉매의 양을 감소시켜 크랭크실(116) 내의 압력을 저하시킨다. 이를 위해, 제2 냉매흡입구(135b)와 냉매흡입관(161) 사이에 유량조절밸브(164)를 설치한다.

유량조절밸브(164)는 냉매압축기(100)의 정상 동작시 개방되어 있고, 하우징(120) 내부 압력이 일정 수준 이상으로 상승할 때 일정량 폐쇄되도록 구성된다. 위에서 설명한 바와 같이, 제2 냉매흡입구(135b)는 제2 냉매흡입실(133b)과 연통하 고 제2 냉매흡입실(133b)은 제1 냉매흡입실(133a)과 차단되어 있으므로, 제2 냉매흡입실(133b)에 해당하는 실린더(111a′)는 다른 실린더와 별개로 냉매를 흡입할 수 있다. 따라서, 유량조절밸브(164)의 개방 정도가 감소되면, 제2 냉매흡입구(135b)와 연통하는 실린더(111a′)에는 흡입되는 냉매의 양이 감소된다.

유량조절밸브(164)는 하우징(120)의 내부 압력에 따라서 개폐가 이루어지도록 구성되어 있다. 도 11은 하우징(120)의 내부 압력에 따라 동작하도록 구성된 유량조절밸브(164)를 나타낸다.

도 11을 참조하면, 유량조절밸브(164)는 냉매흡입관(161)에서 제2 냉매흡입실(133b)로 유동하는 냉매의 유동량을 조절하도록 구성되어 있다. 즉, 냉매흡입관(161)과 제2 냉매흡입구(135b) 사이의 배관 내부에 격벽(164b)이 설치되어 있고, 격벽(164b)에는 밸브체(164a)가 안착할 수 있는 밸브시트(164c)가 형성되어 있다. 밸브체(164a)는 포핏밸브의 형태이며, 하우징(120)의 내부 압력에 의해 상하로 이동되어 격벽의 밸브시트(164c)를 통과하는 냉매의 유동량을 조절한다.

유량조절밸브(164)는, 냉매흡입관(161)과 제2 냉매흡입구(135b) 사이의 배관 상에 형성되고 내부 공간을 가지는 안착부(164d) 상에 밸브하우징(164e)이 결합되어 이루어지며, 밸브하우징(164e)과 안착부(164d) 사이에 다이어프램(164f)이 위치한다. 다이어프램(164f)은 밸브체(164a)의 타단에 결합되어 있다. 안착부(164d)와 다이어프램(164f)에 의해 한정되는 공간(164g)에 연통하도록 연결구(164h)가 형성되어 있고, 연결구(164h)는 연통관(124)과 연결되어 있다. 따라서, 공간(164g)은 하우징(116) 내부로 누출된 냉매가 채워지게 된다.

밸브체(164a)의 타단은 밸브하우징(164e)에 체결된 나사(164j)에 의해 가압력이 조정되는 스프링(164i)에 의해 지지되어 있다.

하우징(120) 내에 체류하는 누출 냉매의 압력이 상승하면, 공간(164g)에 채워진 냉매의 압력이 상승하게 되고, 이에 상응하게 다이어프램(164f)이 팽창한다. 그러면, 밸브체(164a)가 상방으로 들어올려져 밸브시트(164c)를 점차 막게되므로, 냉매흡입관(161)에서 제2 냉매흡입구(135b)를 통해 제2 냉매흡입실(133b)로 냉매의 유동량이 감소된다. 냉매의 유동량이 감소됨에 따라, 실린더(111a′) 내로 흡입되는 냉매의 양이 감소되어 결국 크랭크실(116)의 압력도 저하된다.

이와는 반대로, 크랭크실(116)의 내부 압력이 어느 정도 저하되면, 공간(164g)의 압력이 마찬가지로 저하되어, 밸브체(164a)는 다시 하방으로 이동되며, 냉매는 냉매흡입관(161)에서 실린더(111a′)로 원활하게 흡입될 수 있다. 따라서, 크랭크실(116) 내부 압력은 일정 수준 이상으로 높아지지 않도록 자동 조절될 수 있다.

밸브체(164a)의 상방 이동은 크랭크실(116)의 내부 압력이 일정 수준 이상일 때 이루어져야 하므로, 나사(164j)를 조이거나 풀어 스프링(164i)의 가압력을 조절함으로써, 밸브체(164a)의 상방 이동 시점이 조절될 수 있다.

참조번호(164k)는 밸브체(164a)이 이동을 보장하면서 공간(164g)을 밀봉하기 위해 설치되는 밀봉부재이다.

한편, 유량조절밸브(164)로서 전자밸브가 채용될 수 있다. 이 경우, 전자밸브는 압력센서(127)의 신호에 의해 동작하도록 구성될 수 있다. 상세하게는, 냉매 압축기(100)의 운전 도중 크랭크실(116)의 내부 압력이 일정 수준 이상으로 상승한 것이 압력센서(127)에 의해 감지되면, 전자밸브가 폐쇄되어 실린더(111a′) 내로 흡입되는 냉매의 양이 감소된다.

도 10을 다시 참조하면, 냉매흡입관(161)에는 냉매압축기(100)의 휴지시 폐쇄되도록 구성된 전자밸브(166)가 설치되어 있고, 냉매토출관(162)에는 역지밸브(165c)가 설치되어 있다. 따라서, 냉매압축기(100)의 휴지시 크랭크실(116) 내부로 냉매가 유입되는 것이 방지된다. 또한, 냉매압축기(100)의 휴지시, 소형 냉매 압축기(163)를 소정 시간 가동하여 하우징(120) 내부의 누출 냉매를 냉매흡입관(161) 측으로 배출시켜, 냉매압축기(100)의 휴지시 크랭크실(116) 또는 하우징(120) 내부에 체류한 냉매의 누설을 방지한다. 이 경우, 소형 냉매 압축기(163)는 크랭크실(116) 또는 하우징(120) 내부의 압력이 진공 수준까지 떨어지지 않도록 작동된다.

전자밸브(166)는 냉매압축기(100)의 구동상태에 따라, 즉 냉매압축기(100)의 운전시 개방되고, 냉매압축기(100)의 휴지시 폐쇄되도록 구성되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 냉매압축기(100)의 정상적인 종료시 또는 냉매압축기(100)의 순간적인 정지시, 냉매가 냉매압축부(110) 내부로 들어가는 것이 방지되도록 전자밸브(166)의 작동이 이루어진다.

상술한 바와 같이, 구동수단으로서 차량 또는 소형선박으로부터 내연기관(170)을 얻는 경우, 차량 또는 소형선박으로부터 내연기관(170)의 시동스위치(175)가 얻어질 수 있다. 이 경우, 시동스위치(175)를 사용해 구동수단(170)을 작동시킴으로써, 냉매압축기(100)의 운전과 정지를 실행할 수 있고, 전자밸브(166)의 작동을 시동스위치(175)의 회로에 연결시킬 수 있다. 전자밸브(166)의 가동을 위한 전원은 내연기관(170)의 축전지, 교류발전기(171)에서 발생하는 교류전원, 또는 일반 상용전원이 사용된다. 도 12은 전자밸브(166)의 작동을 위한 회로도이다.

도 12을 참조하면, 시동스위치(175) 일단에 전기 릴레이 코일의 일단을 연결하고 코일의 타단은 접지한다. 릴레이의 스위치 접점의 일단은 교류발전기(171)의 일단과 연결하고 스위치 접점의 타단은 전자밸브(166)의 일단과 연결한다. 전자밸브(166)의 일단은 다시 교류발전기(171)에 연결한다. 시동스위치(175)를 조작하여 2단에 이르면, 릴레이의 스위치 접점이 온되면서, 축전지의 전류가 릴레이 코일에 흐르게 되고, 릴레이 스위치가 자력에 의해 접점이 붙게 되며, 전자밸브(166)에 전류가 흘러 전자밸브(166)가 개방된다. 시동스위치(175)를 조작하여 내연기관(170)의 작동을 정지시키면, 냉매압축부(110)의 구동이 정지되면서 전자밸브(166)가 폐쇄된다.

도 13 및 도 14는 본 발명의 다른 측면에 따른 냉난방장치의 계통도이다.

본 발명에 따른 냉난방장치(200)는 난방모드와 냉방모드로 운전될 수 있도록 구성되어 있고, 냉난방장치(200)를 순환하면서 열을 전달하는 냉매의 압축기로서, 상술한 본 발명에 따른 냉매압축기(100)를 채용한다. 또한, 냉난방장치(200)를 순환하는 냉매로서, 일반적인 R-22 또는 R-410 냉매가 사용된다.

도 13은 난방모드 동작을 위한 냉난방장치(200)의 계통도이고, 도 14는 냉방모드 동작을 위한 냉난방장치(200)의 계통도이다. 도면에는, 냉매압축부(110)의 구동수단으로서, 도 9와 관련하여 설명한 내연기관(170)을 구비하는 냉매압축기(100)가 채용되어 있다.

본 발명에 따른 냉난방장치(200)는, 엔진개조형 냉매압축기(100)와, 냉매압축기(100)의 냉매흡입구(161)에 연결되고 냉매의 증발을 통해 열이 흡수되는 증발기(210)와, 냉매압축기(100)의 냉매토출구(162)에 연결되고 냉매의 응축을 통해 열을 방출하는 응축기(220)와, 증발기(210)와 응축기(220)를 서로 연결하는 팽창밸브(230)와, 난방시 열을 공급하고 냉방시 열을 흡수하기 위한 열원부(240)와, 냉난방장치(200)에 의한 냉난방이 실행되는 냉난방부(250)와, 열원부(240)와 증발기(210) 또는 응축기(220) 사이에 열교환을 실행하는 제1 열교환부(260)와, 냉난방부(250)와 증발기(210) 또는 응축기(220) 사이에 열교환을 실행하는 제2 열교환부(270)를 포함한다.

열원부(240)는 항온의 물질이 흐르도록 구성되어 있고, 본 실시예에서는 항온 물질로서 지하수가 사용된다. 열원부(240)는 지하수를 끌어올리는 펌프(243)와 제1 열교환기(261)로 지하수가 유입되는 관(241)과, 제1 열교환기(261)에서 지하수가 유출되는 관(242)을 가진다.

냉난방부(250)는 냉난방장치(200)에 의해 난방 또는 냉방이 실행되는 부분으로서, 건물의 실내 또는 농가의 온실이 될 수 있다. 냉난방부(250)는 건물의 실내 또는 농가의 온실 내부에 설치되는 난방용 또는 냉방용 배관을 포함하며, 제2 열교환부(270)와의 사이에 물 또는 기타 열전달 물질을 순환시킬 수 있도록 관(251)과 펌프(252)를 가진다.

제1 열교환부(260)는 열원부(240)와 열교환을 실행하는 제1 열교환기(261)와, 제1 열교환기(261)와 증발기(210) 또는 응축기(220)를 통과하도록 구성되고 내부에 물이 순환되는 제1 순환수관(262)과, 제1 순환수관(262)에서 분기되어 냉매압축부(110)의 냉각수 유출입관(111e)에 각각 접속되는 냉각수관(263a, 263b)과, 제1 열교환부(260)를 통해 물을 순환시키기 위한 펌프(264)를 포함한다. 제1 순환수 시스템(260)이 지하수원(242)과 열교환하므로, 냉각수관(263a, 263b)을 통해 냉매압축부(110)의 냉각이 달성될 수 있다.

제2 열교환부(270)는 냉난방부, 예컨대 온실(250)과 열교환을 실행하는 제2 열교환기(271)와, 제2 열교환기(271)와 증발기(210) 또는 응축기(220)를 통과하도록 구성되고 내부에서 물이 순환되는 제2 순환수관(272a, 272c, 272b)을 포함한다.

제1 순환수관(261)과 제2 순환수관(272a, 272c, 272b)은 도시하지 않은 밸브 및 추가되는 배관구조에 의해 증발기(210) 및 응축기(220)에 냉난방장치(200)의 작동 모드에 따라서 연결되도록 구성된다.

바람직하게는, 제1 열교환부(260)와 제2 열교환부(270)를 순환하는 물은 부동액을 포함한다. 따라서, 제1 열교환부 또는 제2 열교환부의 열교환기(261 또는 271)가 증발기(210)와 열교환할 때, 냉매온도가 매우 낮아 발생할 수 있는 동결이 방지될 수 있다.

한편, 차량 또는 소형선박에서 얻어지는 내연기관(170)을 냉매압축부(110)의 구동수단으로 채용하는 경우, 내연기관(170)은 냉각을 위한 라디에이터(176)와 팬(177)과 라디에이터(176)와 내연기관(170) 내부를 순환하는 냉각수 순환 시스템 이 구비되어 있다. 제2 열교환부(270)를 이러한 라디에이터(176)를 포함하는 내연기관(170)의 냉각수 순환 시스템과 연결시켜 내연기관(170)의 폐열을 난방에 이용할 수 있다.

도시된 바와 같이, 제2 열교환부(270)의 제2 순환수관은 내연기관(170)의 냉각수 순환 시스템의 라디에이터(176)의 입구측(176a)에 연결되는 제1 접속관(272a)과, 라디에이터(176)의 출구측(176b)에 연결되는 제2 접속관(272c)과, 제1 및 제2 접속관(272a, 272c)을 연결하는 바이패스관(272b)을 구비한다. 또한, 바이패스관(272b)에 제1 밸브(273a)를, 제2 접속관(272c)에 제2 밸브(273b)를, 라디에이터(176)의 출구측(176b)에 제3 밸브(273c)를 설치한다.

도 13을 참조하여 냉난방장치(200)의 난방모드 작동에 대해 설명한다.

냉매는 냉매압축부(110)와 증발기(210)와 팽창밸브(230)와 응축기(220)로 이루어지는 폐회로를 순환한다.

팽창밸브(230)를 지난 저온의 액상 냉매는 증발기(210)로 이동한다. 증발기(210) 내에서 냉매는 증발하면서 제1 순환수관(262)을 순환하는 물과 열교환한다. 제1 순환수관(262)은 제1 열교환기(261) 내부를 순환하고 제1 열교환기(261)는 열원부(240)의 지하수가 통과하도록 구성되어 있으므로, 증발기(210) 내의 액상 냉매는 열원부(240)의 지하수로부터 냉매의 증발잠열에 해당하는 다량의 에너지를 흡수하여 증기화한다.

증기화한 냉매는 냉매압축부(110)로 들어가고, 냉매압축부(110)를 거치면서 고온고압의 냉매로 변하게 된다.

계속해서, 고온고압의 기체상태의 냉매는 응축기(220)로 이동한다. 응축기(220) 내에서 기상의 냉매는 응축 과정을 통해 열을 방출한다. 응축기(220)를 제2 열교환부(270)의 제2 순환수관(272a)이 통과하므로, 제2 순환수관(272a) 내의 물은 가열되며, 가열된 물은 제2 열교환기(271)에서 냉난방부(250)를 순환하는 열전달 물질을 가열하며, 결국 냉난방부인 온실(250)의 난방이 달성된다.

응축기(220)를 나온 액상의 냉매는 팽창밸브(230)를 통과하면서 감압되며, 이 과정에서 저온의 액상 냉매로 되어 증발기(210)로 진입하여, 냉매의 순환이 반복된다.

한편, 냉난방장치(200)의 난방모드에서는, 내연기관(170)의 폐열을 활용하여 난방효율을 증대시킬 수 있다. 이를 위해, 난방모드에서는, 제1 및 제3 밸브(273a, 273c)를 폐쇄하고 제2 밸브(273b)는 개방하며, 라디에이터(176)의 팬(177)은 정지시킨다. 그러면, 제2 열교환부(270)를 순환하는 물은 응축기(220)와 내연기관(170)의 내부 냉각수 시스템을 순환하게 되며, 이로 인해 내연기관(170)의 고온의 냉각수가 가진 폐열을 온실(250)의 난방에 이용하여 냉난방장치(200)의 난방 효율을 증대시킬 수 있다.

도 14를 참조하여 냉난방장치(200)의 냉방모드 작동에 대해 설명한다.

팽창밸브(230)를 지난 저온의 액상 냉매는 증발기(210)로 들어간다. 증발기(210) 내에서 냉매는 증발하면서 제2 순환수관(272a)을 순환하는 물과 열교환한다. 제2 열교환부(270)의 순환수는 제2 열교환기(271) 내부를 순환하고 제2 열교환기(271)는 냉난방부인 온실(250)내에 구비된 배관(251)이 통과하도록 구성되어 있으므로, 증발기(210) 내의 액상 냉매가 증발하면서 제2 열교환기(271)에 의해 온실(250)에 대한 냉방이 실행된다.

냉난방장치(200)의 냉방모드에서는, 내연기관(170)의 폐열을 활용하지 않으므로, 제1 및 제3 밸브(273a, 273c)는 개방하고, 제2 밸브(273b)는 폐쇄한다. 그러면, 제2 열교환부(270)를 순환하는 물은 제2 순환수관(272a, 272c, 272b)만을 통해 흐르며, 내연기관(170) 내의 냉각수 시스템은 자체로 순환된다.

증발기(210)를 거치면서 냉매의 증발잠열에 해당하는 다량의 에너지를 흡수하면서 증기화한 냉매는 냉매압축부(110)로 들어가고, 냉매압축부(110)를 거치면서 고온 고압의 기상의 냉매로 압축된다.

계속해서, 고온 고압의 기상의 냉매는 응축기(220)로 이동한다. 응축기(220) 내에서 기상의 냉매는 액상의 냉매로 응축되는 과정을 통해 열을 방출한다. 응축기(220)를 제1 열교환부(260)의 제1 순환수관(261)이 통과하므로, 제1 순환수관(261) 내의 물은 가열되며, 가열된 물은 제1 열교환기(261)에서 열원부(240)의 지하수와 열교환한다. 따라서, 응축기(220)에서 응축을 통해 냉매로 부터 방출된 열은 열원부(240)의 지하수가 흡수한다.

응축기(220)를 나온 액상의 냉매는 팽창밸브(230)를 통과하면서 감압되며, 이 과정에서 저온의 액상 냉매로 되어 증발기(210)로 진입하여, 냉매의 순환을 반복한다.

냉난방장치(200)의 냉매압축부(110)의 구동수단으로서, 본 발명이 도시된 바의 내연기관(170)에 한정되는 것은 아니다. 도 8b에 도시된 전동기(180)가 냉매압 축부의 구동수단으로 채용되어 냉난방장치(200)가 구성될 수도 있다. 이 경우, 제2 열교환부(270)의 제2 순환수관은 단순히 증발기(210) 또는 응축기(220)를 통과하도록 구성된다.

냉난방장치(200)의 운전제어는 냉매압축부(110)를 구동하는 내연기관(170)의 회전수를 조절함으로써 달성될 수 있다. 또한, 냉난방장치(200)의 각 구성요소가 적정하게 작동하지 않을 때, 내연기관(170)을 강제 정지시킴으로써, 냉난방장치(200)의 안전이 도모될 수 있다.

도 15는 도 13과 유사한 도면으로서, 운전제어 및 안전을 위해 플로우스위치와 센서들이 부가된 냉난방장치(200)의 계통도이다.

도 15를 참조하면, 냉난방장치(200)는 이상 작동시 내연기관(170)을 정지시키기 위해, 배관 내의의 유체의 흐름을 감지하기 위한 플로우스위치(281a 내지 281d)와 내연기관(170)의 엔진 온도를 감지하기 위한 온도스위치(282)를 포함한다.

4개의 플로우스위치(281a 내지 281d)는 배관 내부를 흐르는 물 또는 열전달 물질의 유량을 감지하여 정해진 수준 아래로 유량이 감소할 때 작동하도록 구성되고, 온도스위치(282)는 정해진 수준 위로 온도가 상승할 때 작동하도록 구성된다. 플로우스위치(281a)는 열원부(240)의 관(241)에 설치되고, 플로우스위치(281b)는 제1 열교환부(260)의 제1 순환수관(261)에 설치되고, 플로우스위치(281c)는 냉난방부(250)의 관(251)에 설치되고, 플로우스위치(281d)는 제2 열교환부(270)의 제2 순환수관(272a)에 설치되고, 온도스위치(282)는 내연기관(170)의 냉각수 순환 시스템에 설치된다. 플로우스위치와 온도스위치의 구성은 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

열원부(240), 냉난방부(250), 제1 열교환부(260) 및 제2 열교환부(270)는 열전달 물질 또는 물을 순환시키기 위해 각기 펌프(243, 252, 264, 273)을 구비하고 있다. 이들 펌프(243, 252, 264, 273)에 이상이 발생하거나 또는 배관에 누수가 발생하는 경우, 유량이 감소하여 냉난방장치(200)의 적정 작동이 보장되지 않는다. 또한, 내연기관(170)이 과열되는 경우에도 냉난방장치(200)의 적정 작동이 보장되지 않는다. 따라서, 배관 내의 유량이 적정 수준 아래로 떨어지거나 내연기관(170)이 과열될 때, 내연기관(170)을 강제 정지시킴으로써, 냉난방장치(200)이 적정 작동이 보장될 수 있다.

상술한 바와 같이, 내연기관(170)이 차량에서 얻어지는 경우, 내연기관(170)의 시동스위치(175)(미도시)도 함께 얻어지며, 시동스위치(175)를 조작하여 내연기관(170)의 운전과 정지를 달성할 수 있고, 이에 따라 냉난방장치(200)의 운전과 정지를 달성할 수 있다.

도 16은 플로우스위치(281a 내지 281d)와 온도스위치(282)를 시동스위치(175)에 설치하기 위한 회로도이다. 도 16에 도시된 바와 같이, 시동스위치(175)에 플로우스위치(281a 내지 281d)와 온도스위치(282)를 시동스위치(175)의 2단 이후에 직렬로 설치한다. 따라서, 플로우스위치(281a 내지 281d)중 하나가 작동되거나 온도스위치(282)가 작동되면, 시동스위치(175)에서 시동 정지신호를 발생시켜 내연기관(170)이 강제 정지되어, 냉난방장치(200)의 적정 작동이 보장된다.

냉난방장치(200)의 냉난방 용량을 조절하기 위한 운전제어수단은 증발 기(210), 응축기(220) 또는 냉난방부(250)의 상태를 감지하여 내연기관(170)의 회전수를 가감함으로써 냉난방장치(200)의 용량을 조절한다.

도 17은 운전제어수단의 구성을 나타낸 블럭도이다.

운전제어수단은, 냉난방장치(200)의 각 구성요소의 상태를 감지하기 위한 센서(291a 내지 291c, 292a, 292b, 178a)와, 센서로부터의 신호를 처리하여 내연기관(170)의 회전수 조절을 실행하기 위한 마이컴(293)과, 마이컴(293)에 의해 제어되어 내연기관(170)의 회전수를 조절하기 위한 수단을 포함한다.

센서는 온도센서(291a 내지 291c), 압력센서(292a, 292b) 및 회전수 감지 센서(178a)를 포함한다. 도 15를 다시 참조하면, 온도센서(291a)는 증발기(210)에서 냉매압축부(110)로 들어가는 배관 상에 설치되고, 온도센서(291b)는 냉매압축부(110)에서 응축기(220)로 들어가는 배관상에 설치되며, 온도센서(291c)는 냉난방부, 예컨대 온실(250) 내에 설치된다. 압력센서(292a)는 증발기(210)에서 냉매압축부(110)로 들어가는 배관 상에 설치되고, 압력센서(291b)는 냉매압축부(110)에서 응축기(220)로 들어가는 배관상에 설치된다. 그리고, 회전수 감지 센서(178a)는 엔진속도계(178)(도 9 참조)용으로 사용되며 내연기관(170)에 구비되는 엔진회전수(rpm)를 감지하는 센서이다.

회전수조절수단은 본 실시예에서 내연기관(170)에 구비되는 스로틀밸브(172, 도 9 참조)와 스로틀밸브를 작동하기 위한 수단을 포함한다. 스로틀밸브(172)의 개폐 정도를 조작하여 내연기관(170)의 회전수 증감을 실현할 수 있다. 대체로, 차량용 내연기관의 스로틀밸브(172)는 가속페달의 조작에 따라서 기계적으로 제어 되므로, 스로틀밸브를 작동하기 위한 수단으로 스테핑모터(294)를 설치한다. 스테핑모터(294)의 회전위치 및 회전수에 따라 스로틀밸브의 개폐 정도가 결정되어 내연기관(170)의 회전수가 조절될 수 있으므로, 마이컴(293)이 스테핑모터(294)를 제어함으로써 내연기관(170)의 회전수 증감과 냉난방장치(200)의 운전 제어가 실현된다.

마이컴(293)에는 증발기(210)와 응축기(220)의 정상 작동 상태를 위한 냉매의 온도와 압력 값이 설정되어 있다. 온도센서(291a, 291b)와 압력센서(292a, 292b)로부터의 신호가 정상 작동 상태의 설정값과 다른 경우, 마이컴(293)은 센서로부터의 신호를 근거로 스테핑모터(294)를 작동하여 내연기관(170)의 회전수를 가감한다. 예컨대, 열원부(240)에 설치된 펌프(243)에 이상이 발생하여 증발기(210) 내의 냉매가 충분히 증발하지 못하고 액상인 채로 냉매압축부(110)로 들어가는 경우, 온도센서(291a)나 압력센서(292a)에 의해 감지된 냉매의 온도나 압력이 마이컴(293)에 전달되고, 마이컴(293)은 기 설정된 정상 값과 비교하여 스테핑모터(294)를 제어하여 스로틀밸브의 개방 정도를 감소시킨다. 그러면, 내연기관(170)의 회전수를 저하시켜, 냉난방장치(200)의 오작동이 예방될 수 있다. 또한, 냉난방장치(200)의 이상 작동이 계속되면, 마이컴(293)에 의해 스로틀밸브가 완전히 폐쇄되어 내연기관(170)의 운전이 정지될 수 있다.

마이컴(293)에는 온실(250)에 대한 원하는 정도의 난방 또는 냉방에 대한 온도값이 설정될 수 있다. 그러면, 마이컴(293)이 온실(250)에 설치된 온도센서(291c)로부터 온실(250) 내의 온도를 전달받아 기 설정된 온도값과 비교하여 스 로틀밸브를 개폐 정도를 조절함으로써, 냉난방장치(200)는 자동으로 원하는 온도의 난방과 냉방이 실현되도록 운전될 수 있다.

또한, 마이컴(293)이 회전수 감지 센서(178a)에 의해 내연기관(170)의 엔진회전수에 대한 신호를 수신하므로, 기 설정된 내연기관(170)의 회전수에 도달하도록 마이컴(293)에 의한 스로틀밸브의 조작에 의해 내연기관(170)의 적정 운전이 보장될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 냉매압축기에 의하면, 차량용, 선박용 또는 농기계용의 신품 또는 중고품 4행정 내연기관으로부터 개조되어 저렴하면서도 대용량이며 운전도중과 휴지중에 냉매의 누설 염려가 없는 엔진개조형 냉매압축기가 제공된다.

또한, 본 발명에 의하면 위와 같은 엔진개조형 냉매압축기를 포함하는 냉난방장치가 제공되어, 건물 또는 농가의 온실에 저비용으로 냉방과 난방을 동시에 실현하는 냉난방장치를 설비할 수 있다.

또한, 냉매압축기의 구동수단으로 승용차나 트럭에서 얻어지는 차량용 내연기관을 사용하고 내연기관의 구동을 제어함으로써, 냉난방장치의 운전 제어와 비상시 정지가 실현될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

적어도 하나의 실린더가 형성된 실린더블록과, 상기 실린더블록에 결합된 크랭크케이스와, 상기 실린더 내에 배치된 피스톤과, 상기 크랭크케이스 내에 배치된 크랭크축과, 상기 크랭크축과 상기 피스톤을 연결하기 위한 커넥팅로드를 구비하는 냉매압축부와;

상기 냉매압축부를 수용하고, 바닥에 상기 크랭크케이스의 하부를 고정하기 위한 고정부재를 가지는 하우징과;

상기 실린더블록의 상면에 배치되고 상기 실린더와 대향하는 부분에 흡입밸브시트와 토출밸브시트가 관통하여 형성된 밸브판과, 상기 흡입밸브시트에서 상기 실린더 내측으로 개방되는 흡입밸브와, 상기 토출밸브시트에서 상기 실린더 외측으로 개방되는 토출밸브를 구비하는 밸브조립체와;

상기 밸브조립체를 상기 실린더블록 상면에 기밀하게 고정하고 상기 하우징에 결합되며, 상기 실린더블록의 길이방향을 따라서 형성된 제1 격벽과, 상기 제1 격벽에 의해 구획되고 상기 흡입밸브시트 쪽으로 개방된 냉매흡입실 및 상기 토출밸브시트 쪽으로 개방된 냉매토출실과, 상기 냉매흡입실과 연통하는 냉매흡입구와, 상기 냉매토출실과 연통하는 냉매토출구와, 상기 냉매흡입구에 결합되는 냉매흡입관과 상기 냉매토출구에 결합되는 냉매토출관을 구비하는 하우징커버와;

상기 하우징의 외측에 배치되고 상기 크랭크축을 회전시키기 위한 구동수단과;

상기 하우징 내부로 누출된 냉매를 상기 냉매흡입구로 배출하여 상기 하우징 내부의 압력을 저하시키기 위한 냉매배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는

엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서, 상기 실린더블록, 크랭크케이스, 피스톤, 크랭크축 및 커넥팅로드가 4행정 내연기관으로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서,

상기 크랭크케이스는 하부의 가장자리를 따라서 4행정 내연기관에서 크랭크케이스 하부에 설치된 오일커버를 제거함으로써 형성되는 다수의 고정공을 가지고,

상기 고정부재는 상기 고정공에 대응하는 원뿔대형의 보스를 포함하며,

상기 고정공에 상기 보스가 끼워짐으로써, 상기 냉매압축부가 상기 하우징 내부에 고정되는 것을 특징으로 하는

엔진개조형 냉매압축기.
제3항에 있어서,

상기 크랭크케이스 하부와 상기 하우징 사이에 완충부재가 개재되는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제3항에 있어서, 상기 하우징은 상기 크랭크케이스 아래에 4행정 내연기관의 크랭크케이스 하부로부터 제거되는 오일커버의 형상에 대응하는 오일수용부를 가지는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서, 상기 실린더블록은 상면에 상기 실린더블록의 길이방향으로 마주하는 2개의 냉각수 통수공과, 상기 흡입밸브가 배치되는 상기 실린더 부근에 상기 실린더블록을 관통하여 형성되는 오일배출공을 가지며,

상기 2개의 냉각수 통수공은 4행정 내연기관의 실린더블록에 형성된 다수의 냉각수 통수공 중 실린더블록의 길이방향으로 마주하는 2개의 냉각수 통수공을 제외한 나머지 냉각수 통수공을 폐쇄함으로써 형성되고,

상기 오일배출공은 4행정 내연기관의 실린더블록에 형성된 다수의 오일배출공 중 상기 흡입밸브가 놓이는 측면에 위치한 오일배출공을 제외한 나머지 오일배출공은 폐쇄함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제6항에 있어서, 상기 밸브판은 상기 오일배출공과 연통하고 상기 실린더블록으로 갈수록 단면이 확대되는 오일회수구와, 상기 흡입밸브시트로부터 상기 냉매흡입실로 연장된 연장관를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서, 상기 흡입밸브와 토출밸브는 각각 각자의 밸브시트에 정합하는 밸브체와, 상기 밸브체를 지지하는 탄성 지지편을 구비하는 것을 특징으로 하 는 엔진개조형 냉매압축기.
제8항에 있어서,

상기 실린더블록은 상면에 상기 실린더에 통하는 홈을 구비하고,

상기 토출밸브의 탄성 지지편은 상기 밸브판에 고정되고, 상기 흡입밸브의 탄성 지지편은 상기 홈에 고정되는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서,

상기 냉매배출수단은, 일단이 상기 하우징 내부와 연통하고 타단이 상기 냉매흡입구에 연결되는 소형 밀폐형 냉매 압축기와, 상기 하우징에 설치되고 상기 하우징 내의 압력을 감지하여 상기 밀폐형 냉매 압축기를 구동시키는 신호를 발생시키는 압력센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서,

상기 실린더블록은 복수개의 실린더를 가지며,

상기 하우징커버는 상기 하우징커버가 상기 실린더블록 상에 놓일 때 상기 실린더중 하나와 상기 실린더중 다른 하나 사이에 위치하고 상기 제1 격벽과 동일한 높이로 형성되어 상기 냉매흡입실을 제1 냉매흡입실과 제2 냉매흡입실로 구획하기 위한 제2 격벽을 가지며,

상기 냉매흡입구는 상기 제1 냉매흡입실과 연통하는 제1 냉매흡입구와 상기 제2 냉매흡입실과 연통하는 제2 냉매흡입구로 이루어지고,

상기 냉매흡입관은 상기 제1 냉매흡입구에 결합되며,

상기 냉매압축기는 상기 냉매흡입관과 상기 제2 냉매흡입구 사이에 위치하고 상기 냉매흡입관에서 상기 제2 냉매흡입실로 들어가는 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

엔진개조형 냉매압축기.
제11항에 있어서,

상기 유량조절밸브는, 상기 냉매흡입관과 상기 제2 냉매흡입구를 연결하는 분기관에 형성되는 밸브하우징과; 상기 밸브하우징 내에 배치되고 상기 분기관 내부를 폐쇄하도록 이동되는 밸브체와; 상기 밸브체의 일단과 상기 밸브하우징에 결합된 다이어프램을 포함하며,

상기 밸브하우징과 상기 다이어프램에 의해 한정되는 공간은 상기 하우징 내부와 연통하는 것을 특징으로 하는

엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서, 상기 냉매흡입관에 설치되고 상기 냉매압축부의 작동시 개방되고 정지시 폐쇄되도록 구성되는 전자밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항에 있어서,

상기 구동수단과 상기 크랭크축은 상기 하우징을 관통하여 배치된 연장구동축을 통해 서로 결합되고,

상기 하우징에 상기 연장구동축을 감싸도록 배치된 메커니컬 실을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동수단이 차량용 4행정 내연기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
제13항에 있어서, 상기 전자밸브는 상기 내연기관에 구비되는 시동스위치에 접속되어 시동스위치의 온에 의해 개방되고 오프에 의해 폐쇄되도록 구성된 것을 특징으로 하는 엔진개조형 냉매압축기.
항온 물질이 흐르는 관을 가지는 열원부와;

열전달 물질이 순환하는 관을 가지고, 냉난방이 실행되는 냉난방부와;

제1항 내지 제5항 또는 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 엔진개조형 냉매압축기와;

상기 냉매압축기의 냉매흡입구에 연결된 증발기와;

상기 냉매압축기의 냉매토출구에 연결된 응축기와;

상기 응축기와 증발기 사이에 배치된 팽창밸브와;

상기 열원부와 열교환하기 위한 제1 열교환기와, 상기 제1 열교환기 내부를 통과해 물이 순환하도록 구성된 제1 순환수관을 구비하는 제1 열교환부와;

상기 냉난방부와 열교환하기 위한 제2 열교환기와, 상기 제2 열교환기 내부를 통과해 물이 순환하도록 구성된 제2 순환수관을 구비하는 제2 열교환부와;

난방 작동시 상기 제1 순환수관은 상기 증발기를 통과하고 상기 제2 순환수관은 상기 응축기를 통과하며, 냉방 작동시 상기 제1 순환수관은 상기 응축기를 통과하고 상기 제2 순환수관은 상기 증발기를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는

냉난방장치.
제17항에 있어서, 상기 항온 물질이 지하수인 것을 특징으로 하는 냉난방장치.
삭제
제17항에 있어서, 상기 제1 열교환부와 제2 열교환부를 순환하는 물이 부동액을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방장치.
제17항에 있어서, 상기 구동수단이 차량용 4행정 내연기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉난방장치.
제21항에 있어서,

상기 내연기관은 라디에이터를 포함하는 냉각수 순환 시스템을 구비하고,

상기 제2 순환수관은 상기 냉각수 순환 시스템의 라디에이터 입구측에 연결되는 제1 접속관과, 상기 냉각수 순환 시스템의 라디에이터 출구측에 연결되는 제2 접속관과, 상기 제1 접속관과 제2 접속관을 연결하는 바이패스관을 포함하고,

상기 제2 열교환부는 상기 바이패스관에 설치되는 제1 밸브와 상기 제2 접속관에 설치되는 제2 밸브를 더 구비하며,

난방작동시 상기 제1 밸브는 폐쇄되고 상기 제2 밸브는 개방되며, 냉방작동시 상기 제1 밸브는 개방되고 상기 제2 밸브는 폐쇄되도록 구성된 것을 특징으로 하는

냉난방장치.
제21항에 있어서,

상기 내연기관은 자동차 시동스위치를 구비하고,

상기 냉난방장치는 상기 열원부의 관, 상기 냉난부의 관, 상기 제1 순환수관 및 상기 제2 순환수관 중 적어도 하나에 설치되어 유량 감소에 따라 신호를 발생시키는 플로우스위치를 더 포함하며,

상기 플로우스위치는 상기 자동차 시동스위치를 구성하는 전기회로의 전원과 시동 접점 사이에 직렬로 연결되도록 구성된 것을 특징으로 하는

냉난방장치.
제21항에 있어서,

상기 내연기관의 회전수를 증감시키는 운전제어수단을 더 포함하는 냉난방장치.
제24항에 있어서,

상기 운전제어수단은,

상기 증발기에서 나오는 냉매의 압력과 온도를 감지하는 증발기 센서와, 상기 응축기로 들어가는 냉매의 압력과 온도를 감지하는 응축기 센서와, 상기 냉난방부의 온도를 감지하는 냉난방부 센서로 이루어지는 센서부와;

상기 내연기관에 구비된 스로틀밸브와;

상기 센서부로부터의 신호를 받아 상기 스로틀밸브의 개폐 정도를 조절하도록 구성된 마이컴을 구비하는 것을 특징으로 하는

냉난방장치.
제25항에 있어서, 상기 센서부는 상기 내연기관에 구비되고 상기 내연기관의 회전수를 감지하는 회전수 감지 센서를 더 구비하고,

상기 마이컴은 상기 회전수 감지 센서로부터의 신호를 받아 상기 스로틀밸브의 개폐 정도를 조절하도록 구성된 것을 특징으로 하는

냉난방장치.