KR20060013228A

KR20060013228A - 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법

Info

Publication number: KR20060013228A
Application number: KR1020040062102A
Authority: KR
Inventors: 마사오오즈
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-09
Also published as: KR100621024B1; CN100540906C; CN1993553A; US7891957B2; WO2006014079A1; JP4516120B2; JP2008509325A; US20080317610A1

Abstract

본 발명은 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법에 관한 것으로, 본 발명은 실린더에 제1 토출구를 형성하고, 그 제1 토출구에 연통하여 압축가스를 케이싱으로 토출하도록 메인베어링에 제2 토출구를 형성하며, 제1 토출구와 제2 토출구의 사이에는 압축되는 냉매가스를 흡입구로 되돌릴 수 있도록 바이패스밸브를 구비한 바이패스구멍을 상기한 메인베어링에 형성함으로써, 압축기의 용적배제운전시 냉동능력저하율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 용적배제운전을 장시간 지속할 수 있어 에어콘의 다양한 조절이 가능하도록 하고, 압축기와 이를 채용한 에어콘의 불필요한 전력낭비를 줄일 수 있다.

또, 저렴하고 신뢰성 높은 파일로트밸브를 이용하여 슬라이딩밸브의 배면압력을 신속하면서도 정확하게 절환되도록 구성함으로써, 잦은 냉동능력조절기능을 갖는 압축기 또는 에어콘에 널리 적용할 수 있을 뿐만 아니라 이를 채용한 압축기 또는 에어콘 전체의 효율 저하를 미연에 방지할 수 있다.

또, 바이패스밸브를 압축기 케이싱의 외부에 설치함으로써, 별도의 배압절환유닛을 제거하여 전체 시스템을 훨씬 간소화할 수 있다.

Description

용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법{CAPACITY VARIABLE TYPE ROTARY COMPRESSOR AND DRIVING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 구비한 에어콘의 계통도,

도 2는 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기의 일례를 보인 도 3의 "Ⅲ-Ⅲ"선단면도,

도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도,

도 4는 도 2의 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기에서 파워운전 및 세이빙 운전을 보인 동작도,

도 6은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 구비한 에어콘에서의 냉매흐름을 보인 개략도,

도 7은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 구비한 에어콘의 다른 실시예에 대한 냉매흐름을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 2 : 응축기

3 : 팽창기구 4 : 증발기

5 : 어큐뮬레이터 6 : 응축기 송풍팬

7 : 증발기 송풍팬 10 : 실린더

11 : 베인슬릿 12 : 흡입구

13 : 제1 연통구멍 14 : 제1 토출구

15 : 제2 연통구멍 20 : 메인베어링플레이트

21 : 베어링구멍 22 : 바이패스구멍

23 : 제2 토출구 24 : 밸브구멍

30 : 서브베어링 31 : 베어링구멍

40 : 회전축 50 : 롤링피스톤

60 : 베인 71,72 : 제1,제2 토출밸브

80 : 용적가변유닛 81 : 슬라이딩밸브

82 : 밸브스프링 83 : 밸브스토퍼

90 : 배압절환유닛 91 : 절환밸브조립체

92 : 고압연결관 93 : 저압연결관

94 : 제1 연결관 95 : 제2 연결관

96 : 절환밸브하우징 96a : 고압측 입구

96b : 저압측 입구 96c : 제1 출구

96d : 제2 출구 97 : 절환밸브

98 : 전자석 99 : 절환밸브스프링

100 : 바이패스관 110 : 마그네트밸브

SP : 가스흡입관 DP : 가스토출관

본 발명은 용량 가변형 로터리 압축기에 관한 것으로, 특히 압축실의 냉매가스를 필요에 따라 배기하여 냉력을 조절할 수 있도록 하는 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

일반적으로 로터리 압축기는 주로 에어콘과 같은 공기조화기에 적용하는 것으로, 최근 들어 에어콘의 기능이 다양해지면서 로터리 압축기 역시 용량을 가변할 수 있는 제품을 요구하는 추세이다.

로터리 압축기에서 용량을 가변하는 기술로는 주로 인버터 모터를 채용하여 압축기의 회전수를 제어하는 소위 인버터 방식이 알려져 있으나, 이 기술은 인버터 모터 자체가 고가여서 원가 부담이 클 뿐만 아니라 통계상 대부분의 에어콘은 냉방기로 사용하는 점을 감안할 때 에어콘용 압축기에서 더욱 중요한 냉방조건에서의 냉동능력을 높이는 것이 오히려 난방조건에서의 냉동능력을 높이는 것에 비해 어렵다는 한계가 있다.

이에 따라 최근에는 인버터 방식을 대신하여 실린더에서 압축되는 냉매가스의 일부를 실린더의 외부로 바이패스 시켜 압축실의 용적을 가변하는 소위 "배제용적절환에 의한 냉동능력가변기술"(이하, 배제용적절환기술로 약칭함)이 널리 알려지고 있다.

이러한 배제용적절환기술을 적용한 로터리 압축기 중에서 최근 압축기의 운 전중에 압축을 일시적으로 멈춰서 냉동능력을 제로(zero)로 하는 세이빙운전(이하, '모드0 운전'이라 한다) 기능을 부가하는 것에 의해 통상운전의 100%인 파워운전(이하,'모드1 운전'라 한다)과 조합하여 냉동능력을 제어하는 소위 "디지털 압축기술"이 소개되고 있다.

예컨대 모드1 운전을 7초, 모드0 운전을 3초간 운전하면 합계 10초간의 운전에 의한 냉동능력은 70%이다. 이와 같이 모드1 운전과 모드 0운전을 시간으로 조절하여 냉동능력을 제어하는 압축기를 통칭 '디지털 압축기'라고 하는데, 이러한 디지털 압축기의 특징은 인버터를 필요로 하지 않으므로 원가가 저렴하다는 것에 부가하여 잘 이용하면 효율과 신뢰성에서도 우수하다는 장점이 있다.

그러나, 지금까지 알려진 대부분의 디지털 압축기술은 스크롤 압축기 분야에서는 실용화 단계에 접근하고 있는데 반하여, 로터리 압축기 분야에서는 대체적인 아이디어만 발표되었을 뿐 아직까지는 구체적인 구동메커니즘에 다다르지는 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 현재 디지털 압축기술을 로터리 압축기에서도 실용 가능한 메커니즘을 구비한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 증발기에서 연통하는 가스흡입관과 응축기에 연통하는 가스토출관을 구비하는 케이싱과; 롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 반경방향으로 관통하는 흡입구를 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 반경방향으로 베인슬릿을 형성하며, 주면에는 냉매가스를 토출하도록 토출구를 형성하여 케이싱의 내부에 고정 설치하는 실린더와; 실린더의 상하 양측을 복개하여 함께 내부공간을 형성하고, 한 쪽 베어링플레이트에는 상기한 실린더의 토출구를 흡입구에 연통하도록 관통하는 바이패스구멍을 형성하며, 바이패스구멍의 중간에는 압축가스를 케이싱의 내부로 토출하도록 다른 토출구를 형성하는 복수 개의 베어링플레이트와; 각각의 토출구를 개폐하도록 그 토출구의 선단면에 설치하는 복수 개의 토출밸브와; 베어링플레이트의 바이패스구멍을 선택적으로 개폐하여 압축냉매의 일부를 흡입구로 배제하도록 그 베어링플레이트에 결합하는 용적가변유닛과; 용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기를 제공한다.

또, 증발기에서 연통하는 가스흡입관과 응축기에 연통하는 가스토출관을 구비하는 케이싱과; 롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 반경방향으로 관통하는 흡입구를 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 반경방향으로 베인슬릿을 형성하며, 주면에는 냉매가스를 토출하도록 토출구를 형성하여 케이싱의 내부에 고정 설치하는 실 린더와; 실린더의 상하 양측을 복개하여 함께 내부공간을 형성하고, 한 쪽 베어링플레이트에는 상기한 실린더의 토출구를 통해 토출되는 압축가스를 케이싱의 내부로 토출하도록 다른 토출구를 형성하는 복수 개의 베어링플레이트와; 각각의 토출구를 개폐하도록 그 토출구의 선단면에 설치하는 복수 개의 토출밸브와; 실린더의 토출구와 베어링플레이트의 토출구 사이를 실린더의 흡입구에 연통시키는 바이패스관과; 베어링플레이트의 바이패스관을 선택적으로 개폐하여 압축냉매의 일부를 흡입구로 배제하도록 상기 바이패스관의 중간에 설치하는 용적가변유닛과;을 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기를 제공한다.

또, 압축기의 기동시 용적가변유닛이 바이패스구멍 또는 바이패스관을 폐쇄한 상태에서 운전을 하여 최대능력을 내는 파워운전 모드와; 파워운전 모드를 진행하면서 적정 냉동능력을 산출하여 냉동능력을 낮출 필요가 있을 때 상기 용적가변유닛이 바이패스구멍 또는 바이패스관을 개방한 상태로 전환하여 실린더의 압축냉매 전체가 실린더의 흡입실로 배제되도록 하는 세이빙운전 모드;를 연속으로 수행하는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항의 용량 가변형 로터리 압축기의 운전 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 구비한 에어콘의 계통도이고, 도 2는 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기의 일례를 보인 도 3의 "Ⅲ-Ⅲ"선단면도이며, 도 3은 도 2의 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도이고, 도 4는 도 2의 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기에서 파워운전 및 세이빙 운전을 보인 동작도이고, 도 6은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 구비한 에어콘에서의 냉매흐름을 보인 개략도이며, 도 7은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기를 구비한 에어콘의 다른 실시예에 대한 냉매흐름을 보인 개략도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 로터리 압축기는, 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 연통 설치하는 케이싱(1)과, 케이싱(1)의 상측에 설치하여 회전력을 발생하는 전동기구부와, 케이싱(1)의 하측에 설치하여 상기 전동기구부에서 발생한 회전력으로 냉매를 압축하는 압축기구부로 구성한다.

전동구동부는 케이싱(1)의 내부에 고정하여 외부에서 전원을 인가하는 고정자(Ms)와, 고정자(Ms)의 내부에 일정 공극을 두고 배치하여 상기한 고정자(Ms)와 상호 작용하면서 회전하는 회전자(Mr)로 이루어진다.

압축기구부는 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이 환형으로 형성하여 케이싱(1)의 내부에 설치하는 실린더(10)와, 실린더(10)의 상하 양측을 복개하여 함께 내부공간(V)을 이루는 메인베어링플레이트(이하, 메인베어링으로 약칭함)(20) 및 서브베어링플레이트(이하, 서브베어링으로 약칭함)(30)과, 회전자(Mr)에 압입하고 메인베어링(20)와 서브베어링(30)에 지지되어 회전력을 전달하는 회전축(40)과, 회전축(40)의 편심부(41)에 회전 가능하게 결합하여 실린더(10)의 내부공간에서 선회하면서 냉매를 압축하는 롤링피스톤(50)과, 롤링피스톤(50)의 외주면에 압접하도록 실린더(10)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 실린더(10)의 내부공간(V)을 흡입실과 압축실로 구획하는 베인(60)과, 메인베어링(20)에 구비한 토출구 (21)의 선단에 개폐 가능하게 결합하는 제2 토출밸브(70)를 포함한다.

또, 압축기구부는 메인베어링(20)의 일측에 구비하여 압축실 용량을 가변하는 용적가변유닛(80)과, 용적가변유닛(80)에 연결하여 압축기의 운전모드에 따른 압력차에 의해 상기한 용적가변유닛(80)을 동작시키는 배압절환유닛(90)을 더 포함하여 이루어진다.

실린더(10)는 도 1 내지 도 4에서와 같이 상기한 롤링피스톤(50)이 상대운동을 할 수 있도록 환형으로 형성하고, 그 일측에는 상기한 베인(60)이 반경방향으로 직선운동을 할 수 있도록 베인슬릿(11)을 선형으로 형성하며, 베인슬릿(11)의 일측에는 가스흡입관(SP)을 연통하는 흡입구(12)를 반경방향으로 관통 형성하고, 베인슬릿(11)을 기준으로 흡입구(12)의 맞은 편에는 후술할 메인베어링(20)의 제2 토출구(23)에 축방향으로 일치하도록 제1 연통구멍(13)을 평면투영시 사각모양으로 관통 형성하며, 제1 연통구멍(13)의 일측에는 실린더(10)의 내부공간(V)에 반경방향으로 관통하여 후술할 제1 토출밸브(71)에 의해 개폐되는 제1 토출구(14)를 형성하고, 흡입구(12)와 직교하는 부위에는 후술할 바이패스구멍(22)을 통해 상기한 제1 연통구멍(13)과 흡입구(12)를 연통하는 제2 연통구멍(15)을 형성하여 이루어진다.

메인베어링(20)은 그 중앙에 회전축(40)을 반경방향으로 지지하도록 형성하는 베어링구멍(21)과, 실린더(10)의 제1 연통구멍(13)과 제2 연통구멍(15)을 연통하도록 상기한 메인베어링(20)의 내부에 형성하는 바이패스구멍(22)과, 바이패스구멍(22)의 중간에는 압축냉매를 케이싱(1)으로 토출하도록 제2 토출밸브(72)를 구비하여 실린더(10)의 베인슬릿(11) 일측에 형성하는 제2 토출구(23)와, 제2 토출구 (23)와 제2 연통구멍(15) 사이의 바이패스구멍(22) 중간에는 후술할 용적가변유닛(80)의 슬라이딩밸브(81)를 미끄러지게 삽입하도록 상기한 베인슬릿(11)과 직교하는 방향으로 형성하는 밸브구멍(24)으로 이루어진다.

제2 토출구(23)는 최대압력각도인 베인슬릿(11)을 기준으로 롤링피스톤(50)의 회전방향으로 대략 345°되는 지점에서 제1 토출구(14)와 동일한 직경으로 형성하고, 바이패스구멍(22)은 제1 연통구멍(13) 또는 제2 연통구멍(15)과 대략 동일한 직경으로 형성하는 것이 바람직하다.

밸브구멍(24)은 메인베어링(20)의 일측 외주면에서 소정의 깊이로 홈파기 형성하여 그 측면에는 후술할 밸브스프링(82)의 일단을 지지하거나 슬라이딩밸브(81)의 제1 압력부(81a) 배면을 지지하도록 벽면으로 형성하고, 타단은 개구하되 후술할 슬라이딩밸브(81)의 제2 압력부(81b) 배면을 지지하도록 밸브스토퍼(83)를 압입 고정한다.

여기서, 밸브구멍(24)의 벽면 중앙과 밸브스토퍼(83)의 중앙에는 후술할 배압절환유닛(90)의 제1 연결관(92)과 제2 연결관(93)을 각각 연결하여 상기한 슬라이딩밸브(81)에 고압 또는 저압분위기를 공급하기 위한 제1 배압통공(24a)과 제2 배압통공(83a)을 각각 형성한다.

용적가변유닛(80)은 도 3 내지 도 5b에서와 같이 상기 밸브구멍(24)에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛(90)에 의한 압력차에 따라 밸브구멍(24)에서 이동하면서 상기한 바이패스구멍(22)을 개폐하는 슬라이딩밸브(81)와, 슬라이딩밸브(81)의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸 브(81)가 닫는 위치로 이동하도록 하는 적어도 한 개의 밸브스프링(82)과, 슬라이딩밸브(82)의 이탈을 방지하도록 상기한 밸브구멍(24)을 차폐하는 밸브스토퍼(83)로 이루어진다.

슬라이딩밸브(81)는 밸브구멍(24)의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하고 밸브구멍(24)의 벽면측에 위치하여 상기한 배압절환유닛(90)으로부터 압력을 전달받아 바이패스구멍(22)을 개폐하는 제1 압력부(81a)와, 밸브구멍(24)의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 밸브스토퍼(83)측에 위치하고 상기한 배압절환유닛(90)으로부터 압력을 전달받는 제2 압력부(81b)와, 두 압력부(81a)(81b) 사이를 연결하고 그 외주면과 밸브구멍(24) 사이에 바이패스구멍(22)에 연통하도록 가스통로가 형성되는 연통부(81c)로 이루어진다.

제1 압력부(81a)는 바이패스구멍(22)의 직경 보다 길게 형성하고 그 후방단에서 안쪽으로는 상기한 밸브스프링(82)을 삽입하여 고정하도록 스프링고정홈(81d)을 형성하는 것이 밸브의 길이를 최소화하는데 바람직하다.

배압절환유닛(90)은 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)에 각각 연통하고 그 가스흡입관(SP)과 가스토출관(DP)을 용적가변유닛(80)의 양측에 교차하여 연결하도록 압력절환밸브조립체(91)와, 압력절환밸브조립체(91)의 고압측 입구(96a)를 가스토출관(DP)에 연결하는 고압연결관(92)과, 압력절환밸브조립체(91)의 저압측 입구(96b)를 가스흡입관(SP)에 연결하는 저압연결관(93)과, 압력절환밸브조립체(91)의 제1 출구(96c)를 용적가변유닛(80)의 제1 압력부(81a) 쪽에 연결하는 제1 연결관(94)과, 압력절환밸브조립체(91)의 제2 출구(96d)를 용적가변유닛(80)의 제2 압력 부(81b) 쪽에 연결하는 제2 연결관(95)으로 이루어진다.

절환밸브조립체(91)는 가스토출관(DP)을 연결하는 고압측 입구(96a)와 가스흡입관(SP)을 연결하는 저압측 입구(96b) 그리고 제1 연결관(94)을 연결하는 제1 출구(96c)와 제2 연결관(95)을 연결하는 제2 출구(96d)를 형성하는 절환밸브하우징(96)과, 절환밸브하우징(96)의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 저압측 입구(96b)와 제1 출구(96c) 그리고 고압측 입구(96a)와 제2 출구(96d) 또는 저압측 입구(96b)와 제2 출구(96d) 그리고 고압측 입구(96a)와 제1 출구(96c)를 선택적으로 연결하는 절환밸브(97)와, 절환밸브하우징(96)의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 절환밸브(97)를 이동시키는 전자석(98)과, 전자석(98)에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 절환밸브(97)를 복원시키도록 압축스프링으로 된 절환밸브스프링(99)으로 이루어진다.

전자석(98)은 가급적이면 소형으로서 소비전력이 대략 15Watt/Hour 이하의 적은 사양을 선택하는 것이 신뢰성을 높이고 원가를 낮추며 전기소비를 줄일 수 있어 바람직하다.

도면중 미설명 부호인 2는 응축기, 3은 팽창기구, 4는 증발기, 5는 어큐뮬레이터, 6은 응축기송풍팬, 7은 증발기송풍팬, 31은 베어링구멍, 73 및 74는 제1 및 제2 토출밸브스토퍼이다.

상기와 같은 본 발명 용량 가변형 로터리 압축기는 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.

즉, 전동기구부에 전원을 인가하면 회전축(40)이 회전을 하고, 롤링피스톤 (50)이 실린더(10)의 내부공간(V)에서 선회운동을 하면서 베인(60)과의 사이에 용적을 형성하여 냉매를 흡입 압축한 후 케이싱(1)의 내부로 토출하며, 이 냉매가스는 가스토출관(DP)을 냉동사이클장치의 응축기(2)로 분출되었다가 팽창기구(3)와 증발기(4)를 차례로 거친후 다시 가스흡입관(SP)을 통해 실린더(10)의 내부공간(V)으로 흡입되는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 용적가변형 압축기는 이를 채용한 에어콘의 운전 상태에 따라 모드0 운전(또는, 세이빙운전)을 하거나 또는 모드1 운전(또는, 파워운전)을 하게 되는데, 이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 압축기가 정지상태에 있고 시스템이 압력평형을 이루고 있을 때는 슬라이딩밸브(81)의 양단에 작용하는 압력이 같기 때문에 상기한 슬라이딩밸브(81)는 밸브스프링(82)에 눌려서 도 5a와 같이 도면의 좌측으로 이동하여 정지한다. 이때, 바이패스구멍(22)은 슬라이딩밸브(81)의 제1 압력부(81a)에 의해 폐쇄된다.

이 상태에서 압축기가 기동하면 실린더(10)의 흡입구(12)를 통해 흡입된 냉매가 롤링피스톤(50)에 의해 압축되어 고압으로 되고, 제1 토출구(14)와 제1 연통구멍(13)을 통해 바이패스구멍(22)으로 유입되며, 이 냉매가스는 상기한 슬라이딩밸브(81)가 바이패스구멍(22)을 폐쇄함에 따라 제2 토출밸브(72)를 이기고 제2 토출구(23)를 통해 케이싱(1)의 내부로 토출되어 시스템의 응축기(2)와 팽창기구(3) 그리고 증발기(4)를 순환하면서 100%의 냉동능력을 발휘하는 압축운전을 하게 된다. 이를 모드1 운전이라 한다.

이 상태에서 운전을 계속하면 시스템이 압축기에서 팽창기구(3)까지는 고압 측, 팽창기구(3)에서 가스흡입관(SP)까지는 저압측이 되면서 고저압력차가 발생한다. 이러한 고저압력차는 통상 1분이면 충분하게 발생한다. 이때, 배압절환유닛(90)의 전자석(98)에 전원이 오프(OFF)이면 제1 연결관(94)은 고압측 입구(96a)와 연통하는 반면 제2 연결관(95)은 저압측 입구(96b)와 연통하여 도 5a와 같이 상기한 슬라이딩밸브(81)의 제1 압력부(81a)가 바이패스구멍(22)을 폐쇄한 상태(모드1 운전)을 유지한다.

반면, 도 5b에서와 같이 파일로트밸브인 배압절환유닛(90)의 전자석(98)에 전원을 온(ON)시키면 절환밸브(97)가 절환밸브스프링(99)의 탄성력을 이기고 이동하여 고압측 입구(96a)와 제2 연결관(95), 저압측 입구(96b)와 제1 연결관(94)을 연통시킨다. 그리하여 가스토출관(DP)의 고압 냉매가스가 제2 연결관(95)을 거쳐 슬라이딩밸브(81)의 제2 압력부(81b) 쪽으로 유입되고, 이어 슬라이딩밸브(81)는 제2 압력부(81b)의 압력면이 고압 분위기가 형성됨에 따라 밸브스프링(82)의 탄성력을 이기고 도면의 우측으로 이동을 하여 슬라이딩밸브(81)의 연통부(81c)가 바이패스구멍(22)의 중간에 위치하면서 바이패스구멍(22)을 개방시킨다. 이렇게 하여 실린더(10)의 제1 토출구(114)를 통해 바이패스구멍(22)으로 유입되었던 냉매가스는 상대적으로 고압상태를 유지하는 케이싱(1)의 내부압력에 의해 제2 토출구(23)로 토출되지 못하고 상기한 바이패스구멍(22)과 제2 연통구멍(15)을 통해 실린더(10)의 흡입구(12)로 역류함으로써 압축기는 일종의 세이빙운전, 즉 운전은 하지만 냉동능력은 제로(0)인 비압축운전을 하게 된다. 이를 모드2 운전이라 한다.

한편, 압축기를 정지시키는 경우 모드1 운전 또는 모드0 운전에서 정지시키 는 2가지 방법이 있다. 모드1 운전은 압축운전, 모드0 운전은 비압축운전이므로 모드0 운전에서 정지시키는 방법이 압축기의 진동을 대폭 줄일 수 있어 바람직하다, 단, 압축기 정지 후 장시간이 경과한 경우, 예컨대 3분 이상 경과한 경우는 모드0 운전을 계속할 수 있을 만큼의 압력차 없어지게 되므로 모드1 운전에서 기동시켜야 한다.

여기서, 모드0 운전을 어느 정도 길게 계속하여야 하는가, 또는 압축기를 정지한 후 모드0 운전에서 기동이 가능한가 등은 모드0 운전을 유지하는 고저압력차가 존재하는가에 의해 결정된다. 이 고저압력차는 대략 차압센서를 이용하거나 또는 압축기가 모드1 운전에서 모드0 운전으로 절환되어 운전 계속한 시간, 또는 압축기를 정지하고 있는 시간을 검출하거나 또는 응축기(2)와 증발기(4)의 온도를 검출하여 규정의 온도범위이면 유효한 고저압력차가 있다고 판단하는 방법 등이 있는데 특히 응축기(2)와 증발기(4)의 온도를 검출하는 방법이 가장 경제적으로 유리하다.

본 발명의 용량 가변형 로터리 압축기의 냉동능력을 제어하는 과정을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 압축기를 기동시키면 모드1 운전으로 시스템은 비정상 냉동사이클에서 정상 냉동사이클로 이어져서 시스템은 거의 정상운전을 계속한다. 실내온도가 소요의 온도에 가까워지면 모드1 운전으로는 능력이 과대하므로 서서히 냉동능력을 저하하여 소요의 온도에 안정시킬 필요가 있다. 예컨대, 냉동능력(Qm)을 80%로 저하시킨 경우는 모드1 운전이 모드0 운전의 운전시간비율(m)을 4:1로 하면 된다.

즉, m = 모드1/(모드1+모드0) = 0.8

냉동능력(Qm) = 0.8 × 100% = 80% 이다.

그리고 냉동능력을 저하하는 경우, 가령 Qm = 20% 로 하려면 m = 0.2로 하여야 한다. 이는 모드1 운전과 모드0 운전으로 운전시간비율(m)을 1:4로 하면 된다.

여기서, 모드S(정지)가 사용되는 경우는 모드0 운전 대신에 모드S를 치환하여 사용하면 된다. 모드0에서 압축기를 능력제어하는 경우는 무부하운전에 있어서도 부품의 접동손실, 모터손실에 더하여 가스저항손실이 있으며, 모드1 운전중의 소비전력의 적어도 10% 이상의 소비전력이 필요하게 된다. 이것과 비교하여 모드S에서는 압축기가 정지하므로 손실은 제로(zero)이다.

한편, 본 발명에 의한 용적 가변형 로터리 압축기에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일례에서는 도 6에서와 같이 용적가변유닛을 압축기의 케이싱 내부에 설치하는 것이나, 본 실시예는 도 7에서와 같이 상기한 용적가변유닛을 압축기의 케이싱 외부에 설치하는 것이다.

이를 위해, 도 2에서 실린더(10)의 제1 토출구(14)와 메인베어링(20)의 제2 토출구(23) 사이에 형성한 제1 연통구멍(13)에서 바이패스관(100)을 케이싱(1) 외부로 연장하여 연결하고, 그 바이패스관(100)의 타단은 가스흡입관(SP), 보다 정확하게는 어큐뮬레이터(5)의 입구단에 연결하며, 상기 바이패스관(100)의 중간에는 그 바이패스관(100)을 개폐할 수 있는 마그네트밸브(110)를 설치하여 이루어진다.

상기와 같은 본 발명의 용적 가변형 로터리 압축기는, 상기한 마그네트밸브 (110)가 폐쇄일 경우에는 압축기가 100%의 냉동능력을 발휘하는 압축운전(모드1 운전)을 실시하는 반면 개방일 경우에는 실린더(10)의 제1 토출구(13)를 통해 토출되는 냉매가스를 어큐뮬레이터(5) 등의 시스템 저압측으로 바이패스시켜 압축기가 0%의 냉동능력을 발휘하는 비압축운전(모드0 운전)을 실시하도록 하는 것이다.

이는, 전술한 일실시예에서 용적가변유닛(80)을 구동시키기 위한 배압절환유닛(90)을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 압축기 케이싱(1)의 내부에 상기한 용적가변유닛(80)을 설치할 필요가 없어 전술한 실시예에 비해 훨씬 구조가 간단하다.

이렇게 하여, 가정용 공조기에 가장 많이 보급되는 로터리 압축기에 대한 원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 제어가 용이하여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다.

또, 모드1 운전과 모드0 운전을 빈번하게 절환하여 냉동능력을 제어함과 아울러 모드1 운전과 모드0 운전에서의 운전시간을 바꾸는 것에 의하여 냉동능력을 100%에서 20% 정도의 범위에서 임의로 제어할 수 있으므로 인버터 로터리 압축기에 비해 원가를 현저하게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 효율이 높고 신뢰성이 우수하다.

또, 저렴하고 신뢰성 높은 배압절환유닛을 이용하여 냉매를 바이패스시키므로 모드절환에 필요한 소비전력을 낮출 수 있고 신뢰성을 높일 수 있다.

또, 실린더의 주면에 토출구를 형성함에 따라 사체적의 증가를 막아 압축기의 효율저하를 미연에 방지할 수 있다.

또, 압축기가 정지중일 때는 바이패스구멍을 폐쇄하도록 하여 압축기의 기동과 함께 곧바로 압축이 개시되도록 함으로써 압축기 성능을 높일 수 있다.

본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기 및 그 운전 방법은, 실린더에 제1 토출구를 형성하고, 그 제1 토출구에 연통하여 압축가스를 케이싱으로 토출하도록 메인베어링에 제2 토출구를 형성하며, 제1 토출구와 제2 토출구의 사이에는 압축되는 냉매가스를 흡입구로 되돌릴 수 있도록 바이패스밸브를 구비한 바이패스구멍을 상기한 메인베어링에 형성함으로써, 압축기의 용적배제운전시 냉동능력저하율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 용적배제운전을 장시간 지속할 수 있어 에어콘의 다양한 조절이 가능하도록 하고, 압축기와 이를 채용한 에어콘의 불필요한 전력낭비를 줄일 수 있다.

Claims

증발기에서 연통하는 가스흡입관과 응축기에 연통하는 가스토출관을 구비하는 케이싱과;

롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 반경방향으로 관통하는 흡입구를 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 반경방향으로 베인슬릿을 형성하며, 주면에는 냉매가스를 토출하도록 토출구를 형성하여 케이싱의 내부에 고정 설치하는 실린더와;

실린더의 상하 양측을 복개하여 함께 내부공간을 형성하고, 한 쪽 베어링플레이트에는 상기한 실린더의 토출구를 흡입구에 연통하도록 관통하는 바이패스구멍을 형성하며, 바이패스구멍의 중간에는 압축가스를 케이싱의 내부로 토출하도록 다른 토출구를 형성하는 복수 개의 베어링플레이트와;

각각의 토출구를 개폐하도록 그 토출구의 선단면에 설치하는 복수 개의 토출밸브와;

베어링플레이트의 바이패스구멍을 선택적으로 개폐하여 압축냉매의 일부를 흡입구로 배제하도록 그 베어링플레이트에 결합하는 용적가변유닛과;

용적가변유닛이 압축기의 운전모드에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 상기한 용적가변유닛에 배압을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
증발기에서 연통하는 가스흡입관과 응축기에 연통하는 가스토출관을 구비하는 케이싱과;

롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 반경방향으로 관통하는 흡입구를 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 반경방향으로 베인슬릿을 형성하며, 주면에는 냉매가스를 토출하도록 토출구를 형성하여 케이싱의 내부에 고정 설치하는 실린더와;

실린더의 상하 양측을 복개하여 함께 내부공간을 형성하고, 한 쪽 베어링플레이트에는 상기한 실린더의 토출구를 통해 토출되는 압축가스를 케이싱의 내부로 토출하도록 다른 토출구를 형성하는 복수 개의 베어링플레이트와;

각각의 토출구를 개폐하도록 그 토출구의 선단면에 설치하는 복수 개의 토출밸브와;

실린더의 토출구와 베어링플레이트의 토출구 사이를 실린더의 흡입구에 연통시키는 바이패스관과;

베어링플레이트의 바이패스관을 선택적으로 개폐하여 압축냉매의 일부를 흡입구로 배제하도록 상기 바이패스관의 중간에 설치하는 용적가변유닛과;을 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

복수 개의 토출구는 모두 최대 압축각도에 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

복수 개의 토출구는 동일한 직경으로 형성하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서,

복수 개의 토출밸브는 동일한 탄성계수를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

베어링플레이트는 그 내부에 상기한 바이패스구멍에 직교하도록 밸브구멍을 형성하고, 그 밸브구멍에 상기한 용적가변유닛을 설치하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제6항에 있어서,

용적가변유닛은 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛에 의한 압력차에 따라 밸브구멍에서 이동하면서 상기한 바이패스구멍을 개폐하는 슬라이딩밸브와, 슬라이딩밸브의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상 기한 슬라이딩밸브가 닫는 위치로 이동하도록 하는 적어도 한 개의 밸브스프링과, 슬라이딩밸브의 이탈을 방지하도록 상기한 밸브구멍을 차폐하는 밸브스토퍼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제7항에 있어서,

슬라이딩밸브는 바이패스구멍의 양측에 위치하여 밸브구멍의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하고 배압절환유닛을 통해 압력을 전달받아 이동하면서 적어도 한 개가 바이패스구멍을 개폐할 수 있도록 형성하는 복수 개의 압력부와, 복수 개의 압력부 사이를 연결하고 그 외주면과 밸브구멍 사이에 가스통로가 형성되는 연통부로 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제8항에 있어서,

밸브스프링은 슬라이딩밸브의 양단 압력이 동일한 경우 한 쪽 압력부가 바이패스구멍을 폐쇄하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제9항에 있어서,

슬라이딩밸브의 압력부에는 상기한 탄성부재를 삽입하여 고정하도록 스프링고정홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제6항에 있어서,

밸브구멍은 그 양측면에 상기한 배압절환유닛의 출구에 각각 연통하는 제1 배압통공과 제2 배압통공을 축방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기의 용량 가변 장치.
제1항에 있어서,

배압절환유닛은 가스흡입관과 가스토출관에 각각 연통하고 그 가스흡입관과 가스토출관을 용적가변유닛의 양측에 교차하여 연결하도록 절환밸브조립체와, 절환밸브조립체의 제1 출구를 용적가변유닛의 일측에 연결하는 제1 연결관과, 압력절환밸브조립체의 제2 출구를 용적가변유닛의 타측에 연결하는 제2 연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
제12항에 있어서,

절환밸브조립체는 가스흡입관을 연결하는 저압측 입구와 가스토출관을 연결하는 고압측 입구 그리고 제1 연결관을 연결하는 제1 출구와 제2 연결관을 연결하는 제2 출구를 형성하는 절환밸브하우징과,

절환밸브하우징의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 저압측 입구와 제1 출구 그리고 고압측 입구와 제2 출구 또는 저압측 입구와 제2 출구 그리고 고압측 입구와 제1 출구를 선택적으로 연결하는 절환밸브와,

절환밸브하우징의 일측에 설치하여 인가된 전원에 의해 상기한 절환밸브를 이동시키는 전자석과,

전자석에 인가되던 전원을 차단할 때 상기한 절환밸브를 복원시키는 탄성부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 로터리 압축기의 용량 가변 장치.
제2항에 있어서,

용적가변유닛은 전원인가에 따라 바이패스관을 개폐하는 솔레노이드밸브인 것을 특징으로 용량 가변형 로터리 압축기.
제14항에 있어서,

솔레노이드밸브는 케이싱의 외곽에 설치하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기.
압축기의 기동시 용적가변유닛이 바이패스구멍 또는 바이패스관을 폐쇄한 상태에서 운전을 하여 최대능력을 내는 파워운전 모드와;

파워운전 모드를 진행하면서 적정 냉동능력을 산출하여 냉동능력을 낮출 필요가 있을 때 상기 용적가변유닛이 바이패스구멍 또는 바이패스관을 개방한 상태로 전환하여 실린더의 압축냉매 전체가 실린더의 흡입실로 배제되도록 하는 세이빙운전 모드;를 연속으로 수행하는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항의 용량 가변형 로터리 압축기의 운전 방법.
제16항에 있어서,

세이빙운전 모드는 고압측과 저압측 사이의 압력차가 있느냐를 검출하여 지속 여부를 결정하는 것을 특징으로 용량 가변형 로터리 압축기의 운전 방법.
제17항에 있어서,

고압측과 저압측 사이의 압력차는 응축기와 증발기의 온도를 검출하여 규정의 온도범위이면 유효한 고저압력차가 있다고 판단하여 세이빙운전을 연장하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기의 운전 방법.
제16항에 있어서,

압축기의 기동시 파워운전 모드를 수행하기 전에 세이빙운전 모드를 먼저 수행하여 기동하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기의 운전 방법.
제16항에 있어서,

압축기의 적정 냉동능력을 산출하여 냉동능력을 제로(zero)로 낮출 필요가 있을 때 전원을 오프(OFF) 시켜 압축기를 정지시키는 정지 모드를 추가 수행하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 로터리 압축기의 운전 방법.