KR100620043B1 - 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘은, 복수 개의 실린더와; 상측 실린더를 복개하는 상측 베어링플레이트와; 상측 실린더와 하측 실린더의 사이에 개재하는 중간 베어링프레이트와; 하측 실린더를 복개하여 함께 하측 실린더의 내부공간을 형성하고, 베인을 중심으로 압축실과 흡입실을 연통하도록 복수 개의 바이패스구멍을 형성하며, 복수 개의 바이패스구멍이 서로 연통하도록 한 개의 밸브구멍을 형성하고, 밸브구멍이 케이싱의 내부공간에 연통하도록 연통구멍을 형성하는 하측 베어링플레이트와; 하측 베어링플레이트의 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 정상운전시에는 상기한 바이패스구멍을 차단하는 반면 공회전(idling)시에는 상기한 바이패스구멍을 열어 압축실의 냉매를 흡입실로 바이패스시키는 밸브유닛과; 밸브유닛이 운전모드에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 그 밸브유닛의 일측에 압력을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함함으로써, 압축기의 절약운전시 냉동능력저하율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 에어콘의 운전을 다양하게 조절할 수 있고, 압축기와 이를 채용한 에어콘의 불필요한 전력낭비를 줄일 수 있다. 또, 잦은 냉동능력조절기능을 갖는 압축기 또는 에어콘에 널리 적용할 수 있고 이를 채용한 압축기 또는 에어콘 전체의 효율 저하를 방지할 수 있다.

Description

용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘{CAPACITY VARIABLE TYPE ROTARY COMPRESSOR AND AIRCONDITIONER WITH THIS}

도 1은 종래 용량 가변형 로터리 압축기의 일례를 보인 계통도,

도 2a 및 도 2b는 종래 용량 가변형 로터리 압축기에서 정상운전시와 절약운전시의 압축실을 보인 평면도,

도 3은 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기를 구비한 에어콘의 계통도,

도 4는 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기의 일례를 보인 종단면도,

도 5는 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기의 밸브유닛을 보인 횡방향으로 파단하여 보인 단면도,

도 6a 및 도 6b는 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기에서 정상운전과 절약운전을 보인 동작도,

도 7은 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기의 가변 운전을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 10 : 제1 압축기구부

20 : 제2 압축기구부 11,21 : 제1,제2 실린더

11a,21a : 제1,제2 베인슬롯 12 : 메인베어링

12a : 제1 토출구 13 : 미들베어링

13a : 제2 토출구 14,23 : 제1,제2 롤링피스톤

15,24 : 제1,제2 베인 16,25 : 제1,제2 토출밸브

17 : 머플러 22b,22c : 바이패스구멍

22d : 베어링구멍 22e : 연통구멍

30 : 밸브유닛 31 : 슬라이딩밸브

32 : 밸브스프링 40 : 배압전환유닛

41 : 절환밸브조립체 42 : 고압연결관

43 : 저압연결관 44 : 공통연결관

SP1,SP2 : 제1,제2 가스흡입관 DP : 가스토출관

본 발명은 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘에 관한 것으로, 특히 누설통로를 이용하여 용량을 가변할 수 있는 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘에 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 알 려져 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.

도 1은 종래 용량 가변형 로터리 압축기의 일례를 보인 계통도이고, 도 2a 및 도 2b는 종래 용량 가변형 로터리 압축기의 정상운전시와 절약운전시에 대한 압축실 면적을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래 용량 가변형 로터리 압축기는, 실린더(1)의 압축공간 중간에서 압축되는 냉매의 일부를 압축기의 운전상태에 따라 바이패스할 수 있도록 상기 실린더의 바이패스구멍(1a)을 형성하고, 그 바이패스구멍(1a)에 바이패스관(P1)을 케이싱(2)의 외부로 연결 설치하며, 바이패스관(P1)의 끝단에서 분관하여 그 일단은 케이싱(2)의 토출측과 응축기(3)를 연결하는 가스토출관(P2)의 중간에 토출측 연결관(P3)으로 연결하는 반면 타단은 증발기(5)와 어큐뮬레이터(6)를 연결하는 가스흡입관(P4)의 중간에 흡입측 연결관(P5)으로 연결하고 있다. 또, 토출측 연결관(P3)의 중간과 흡입측 연결관(P5)의 중간에는 각각 토출측 밸브(V1)와 흡입측 밸브(V2)를 설치하고, 바이패스관(P1)의 입구측 끝단에는 상기 토출측 밸브 (V1)와 흡입측 밸브(V2)의 개폐에 따라 상기 실린더(1)의 바이패스구멍(1a)을 개폐하도록 바이패스밸브(V3)를 설치하고 있다.

도면중 미설명 부호인 4는 팽창기구, 6은 회전축, 7은 롤링피스톤, 8은 베인이다.

상기와 같은 종래 용량 가변형 로터리 압축기에서 압축기가 정상운전을 하는 경우에는 도 1의 토출측 밸브(V1)가 열리고 흡입측 밸브(V2)가 닫힘에 따라 가스토출관(P2)으로 토출되던 냉매의 일부가 실선 화살표를 따라 바이패스관(P1)으로 유입되고, 그 토출압(Pd)의 냉매가 도 2a에서와 같이 바이패스밸브(V3)를 밀어 상기 실린더(1)의 바이패스구멍(1a)을 차단함으로써 실린더(1)의 압축공간으로 흡입되는 냉매 전부가 압축되면서 토출되는 상기한 가스토출관(P2)으로 토출되는 일련의 과정을 반복한다.

반면, 압축기가 절약운전을 하는 경우에는 도 1의 토출측 밸브(V1)가 닫히고 흡입측 밸브(V2)가 열림에 따라 바이패스밸브(V3)의 압력배면이 흡입압(Ps) 환경이 되면서 도 2b에서와 같이 상기 바이패스밸브(V3)가 밀려 바이패스구멍(1a)이 열리고 이 열린 바이패스구멍(1a)을 통해 압축공간에서 압축되던 냉매의 일부가 도 1의 점선 화살표를 따라 흡입측 연결관(P5)을 통해 어큐뮬레이터(6)로 바이패스 되면서 흡입지연이 발생하여 실린더(1)의 압축공간으로 흡입되는 냉매의 일부만 압축되어 토출되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 로터리 압축기의 용량 가변 장치는, 실린더(1)의 측면에 바이패스회로를 별도로 설치함에 따라 절약운전시 냉매가 바이패스될 때 저 항이 커지면서 냉동능력저하율이 작고 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 압축기 케이싱(2)의 외부에 바이패스관(P2)과 토출측 연결관(P3) 그리고 흡입측 연결관(P5)을 설치하여 에어콘의 배관에 연결함에 따라 에어콘 배관을 조립하는 작업이 난해할 뿐만 아니라 상기 배관에 토출측 밸브(V1)와 흡입측 밸브(V2)를 별도로 설치하여야 함에 따라 부품수가 증가하여 비용이 가중되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 로터리 압축기의 용량 가변 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 절약운전시 냉동능력저하율을 높여 효율을 높일 수 있는 용량 가변형 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

또, 압축기의 용량 가변 장치를 용이하면서도 간소하게 구성할 수 있을 뿐만 아니라 부품수를 줄여 생산비용을 절감할 수 있는 용량 가변형 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘을 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 각각 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 흡입구를 각각 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 베인슬롯을 각각 형성하여 케이싱의 내부에 축방향을 따라 상하로 고정 설치하는 복수 개의 실린더와; 상측 실린더를 복개하여 함께 상측 실린더의 내부공간을 형성하고, 그 상측 실린더의 압축실에 연통하여 압축된 냉매를 토출하도록 토출구를 형성하는 상측 베어링플레이트와; 상측 실린더와 하측 실린더의 사이에 개재하여 함께 상측 실린더와 하측 실린더의 내부공간을 형성하는 중간 베어링프레이트와; 하측 실린더를 복개하여 함께 하측 실린더의 내부공간을 형성하고, 베인을 중심으로 압축실과 흡입실을 연통하도록 복수 개의 바이패스구멍을 형성하며, 복수 개의 바이패스구멍이 서로 연통하도록 한 개의 밸브구멍을 형성하고, 밸브구멍이 케이싱의 내부공간에 연통하도록 연통구멍을 형성하는 하측 베어링플레이트와; 하측 베어링플레이트의 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 정상운전시에는 상기한 바이패스구멍을 차단하는 반면 공회전(idling)시에는 상기한 바이패스구멍을 열어 압축실의 냉매를 흡입실로 바이패스시키는 밸브유닛과; 밸브유닛이 운전모드에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 그 밸브유닛의 일측에 압력을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기를 제공한다.

또, 복수 개의 실린더를 구비한 압축기와, 응축기와, 팽창기구와, 증발기를 포함하는 에어콘에 있어서, 롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 각각 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 흡입구를 각각 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 베인슬롯을 각각 형성하여 케이싱의 내부에 축방향을 따라 상하로 고정 설치하는 복수 개의 실린더와; 상측 실린더를 복개하여 함께 상측 실린더의 내부공간을 형성하고, 그 상측 실린더의 압축실에 연 통하여 압축된 냉매를 토출하도록 토출구를 형성하는 상측 베어링플레이트와; 상측 실린더와 하측 실린더의 사이에 개재하여 함께 상측 실린더와 하측 실린더의 내부공간을 형성하는 중간 베어링프레이트와; 하측 실린더를 복개하여 함께 하측 실린더의 내부공간을 형성하고, 베인을 중심으로 압축실과 흡입실을 연통하도록 복수 개의 바이패스구멍을 형성하며, 복수 개의 바이패스구멍이 서로 연통하도록 한 개의 밸브구멍을 형성하고, 밸브구멍이 케이싱의 내부공간에 연통하도록 연통구멍을 형성하는 하측 베어링플레이트와; 하측 베어링플레이트의 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 실내온도가 설정온도 범위를 벗어난 경우에는 상기한 바이패스구멍을 차단하여 정상운전을 하도록 하는 반면 실내온도가 설정온도 범위내인 경우에는 상기한 바이패스구멍을 열어 압축실의 냉매를 흡입실로 바이패스시켜 공회전을 하도록 하는 밸브유닛과; 밸브유닛이 실내온도와 설정온도의 차이에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 그 밸브유닛의 일측에 압력을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어콘을 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기를 구비한 에어콘의 계통도이고, 도 4는 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기의 일례를 보인 종단면도이며, 도 5는 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기의 밸브유닛을 보인 횡방향으로 파단하여 보인 단면도이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기에서 정상운전과 절약운전을 보인 동작도이며, 도 7은 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기의 가변 운전을 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 복식 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 제1 압축기구부(10) 및 제2 압축기구부(20)와, 제2 압축유니트(20)의 일측에 구비하여 압축실 용량을 가변하는 밸브유닛(30)과, 밸브유닛(30)에 연결하여 압축기의 운전모드에 따른 압력차에 의해 상기한 밸브유닛(30)을 동작시키는 배압전환유닛(40)을 포함한다.

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)와, 회전자(Mr)에 결합하여 회전력을 압축기구부에 전달하는 회전축(C)으로 이루어진다.

제1 압축기구부(10)는 도 4에서와 같이 환형으로 형성하여 케이싱(1)의 내부에 설치하는 제1 실린더(11)와, 제1 실린더(11)의 상하 양측을 복개하여 함께 제1 내부공간(V1)을 이루면서 상기한 회전축을 반경방향으로 지지하는 메인베어링(12) 및 미들베어링(13)과, 회전축(3)의 상측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 제1 실린더(11)의 제1 내부공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(14)과, 제1 롤링피스톤(14)의 외주면에 압접하도록 제1 실린더(11)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제1 실린더(11)의 제1 내부공간(V1)을 제1 흡입실과 제1 압축실로 각각 구획하는 제1 베인(15)과, 메인베어링(12)의 중앙부근에 구비한 제1 토출포트(12a) 선단에 개폐 가능하게 결합하여 제1 압축실에서 토출되는 냉매가스의 토출을 조절하는 제1 토출밸브(16)와, 제1 토출밸브(16)를 수용하여 메인베어링(12)에 결합하는 머플러(17)로 이루어진다.

제2 압축기구부(20)는 도 4에서와 같이 환형으로 형성하여 케이싱(1) 내부의 제1 실린더(11) 하측에 설치하는 제2 실린더(21)와, 제2 실린더(21)의 상하 양측을 복개하여 함께 제2 내부공간(V1)을 이루면서 상기한 회전축(3)을 반경방향 및 축방향으로 지지하는 미들베어링(13) 및 서브베어링(22)과, 회전축(3)의 하측 편심부에 회전 가능하게 결합하여 제2 실린더(21)의 제2 내부공간(V2)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(23)과, 제2 롤링피스톤(23)의 외주면에 압접하도록 제2 실린더(21)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합하여 상기 제2 실린더(21)의 제2 내부공간(V2)을 제2 흡입실과 제2 압축실로 각각 구획하는 제2 베인(24)과, 미들베어링(13)에 구비한 제2 토출포트(13a) 선단에 개폐 가능하게 결합하여 제2 압축실에서 토출되는 냉매가스의 토출을 조절하는 제2 토출밸브(25)로 이루어진다.

제2 실린더(21)는 상기한 제2 롤링피스톤(23)이 상대운동을 할 수 있도록 환형으로 형성하고, 그 일측에는 상기한 제2 베인(24)이 반경방향으로 직선운동을 할 수 있도록 제2 베인슬롯(21a)을 선형으로 형성하며, 제2 베인슬롯(21a)의 일측에는 제2 가스흡입관(SP2)을 연통하는 제2 흡입구(21b)를 반경방향으로 관통 형성하고, 미들베어링(13)과 접하는 제2 베인슬롯(21a)의 타측 상단 모서리에는 미들베어링(13)의 제2 토출구(13a)에 연통하여 압축된 냉매가 제2 롤링피스톤(23)의 궤적에 관계없이 제2 토출구(13a)로 원활하게 토출되도록 제2 토출안내홈(미부호)을 형성 하며, 제2 베인슬롯(21a)의 좌우 양측 하단 모서리에는 후술할 바이패스구멍(22b)(22c)과 연통하여 공회전(idling)시 압축되는 냉매가 제2 롤링피스톤(23)의 궤적에 관계없이 제2 압축실에서 제2 흡입실로 누설되도록 바이패스안내홈(21c)을 형성하여 이루어진다.

여기서, 제2 토출구(13a)는 후술할 서브베어링(22)의 바이패스구멍(22b)(22c)과 중첩되지 않도록 미들베어링(13)에 형성하는 것으로 이 경우 미들베어링(13)은 그 내부가 빈 중공형상으로 형성하는 것이 바람직하다. 또, 이 경우 제1 토출구를 메인베어링이 아니라 미들베어링에 형성할 수도 있다.

서브베어링(22)은 그 중앙에 회전축(C)을 반경방향으로 지지하는 베어링구멍(22a)을 구비하여 원판모양으로 형성하고, 제2 실린더(21)의 베인슬롯(21a)을 기준으로 그 제2 베인슬롯(21a)의 좌우 양측에는 상기한 제2 실린더(21)의 바이패스안내홈(21c)에 대응하도록 복수 개의 바이패스구멍(22b)(22c)을 형성하며, 복수 개의 바이패스구멍(22b)(22c)이 서로 연통하도록 두 바이패스구멍(22b)(22c)을 수용하여 반경방향으로 소정의 깊이만큼 음형지게 밸브구멍(22d)을 형성하고, 밸브구멍(22d)의 일측에는 케이싱(1)의 내부공간에 연통하여 케이싱 내부의 압력이 후술할 슬라이딩밸브(31)의 일측 압력부를 가압하도록 연통구멍(22e)을 형성하여 이루어진다.

바이패스구멍(22b)(22c)은 대략 축방향으로 일치하거나 서로 접하는 방향으로 경사지도록 형성하되 그 직경은 대략 후술할 슬라이딩밸브(31)의 연통부(31c) 간격 보다 넓게 형성하는 것이 바람직하다. 또, 연통구멍(22e)의 직경은 케이싱(1)의 오일이 밸브구멍(22d)으로 유입될 수 있는 직경으로 형성하는 것이 바람직하다.

밸브유닛(30)은 도 4 및 도 5에서와 같이 상기 밸브구멍(22d)에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압전환유닛(40)에 의한 압력차에 따라 밸브구멍(22d)에서 이동하면서 상기한 복수 개의 바이패스구멍(22b)(22c)을 함께 개폐하는 슬라이딩밸브(31)와, 슬라이딩밸브(31)의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸브(31)가 닫는 위치로 이동하도록 압축스프링으로 된 밸브스프링(32)으로 이루어진다.

슬라이딩밸브(31)는 밸브구멍(22d)의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 상기한 케이싱(1)의 내부공간으로부터 압력을 전달받아 두 바이패스구멍(22b)(22c)을 폐쇄하는 제1 압력부(31a)와, 밸브구멍(22d)의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하여 상기한 배압전환유닛(40)으로부터 압력을 전달받는 제2 압력부(31b)와, 두 압력부(31a)(31b) 사이를 연결하고 그 외주면과 밸브구멍(22d) 사이에 상기한 두 바이패스구멍(22b)(22c)이 연통하도록 가스통로가 형성되는 연통부(31c)로 이루어진다.

제1 압력부(31a)는 양쪽 바이패스구멍(22b)(22c)의 직경 보다 길게 형성하고 그 후방단에는 밸브구멍(22d)의 안쪽 측면에서 슬라이딩밸브(31)가 항상 이격되면서 연통구멍(22e)이 항상 개방되도록 지지돌부(31d)를 형성하는 것이 바람직하다.

연통부(31c)는 양쪽 압력부(31a)(31b)의 직경 보다 작게 형성하고 그 길이는 바이패스구멍(22b)(22c)의 직경 보다 짧게 형성한다.

배압전환유닛(40)은 도 3 및 도 6a 및 도 6b에서와 같이 슬라이딩밸브(31)의 제2 압력부측 압력을 결정하는 절환밸브조립체(41)와, 절환밸브조립체(41)를 케이 싱(1)에 연결하여 고압 분위기를 공급하는 고압연결관(42)과, 절환밸브조립체(41)를 어큐뮬레이터(6)의 출구측에 연결하여 저압 분위기를 공급하는 저압연결관(43)과, 절환밸브조립체(41)를 밸브구멍(22d)의 제2 압력부측에 연결하여 슬라이딩밸브(31)의 제2 압력부(31b)에 고압 분위기 또는 저압 분위기를 선택적으로 공급하는 공통연결관(44)으로 이루어진다.

고압연결관(42)의 입구단은 가스토출관(DP)의 중간에 연결할 수도 있으나, 경우에 따라서는 케이싱(1)의 내부에 채우는 오일에 잠기도록 그 케이싱(1)의 하반부에 연결하는 것이 상기한 밸브구멍(22d)과 슬라이딩밸브(31) 사이로 오일이 유입되도록 하여 마찰손실이나 가스누설을 차단할 수 도 있다.

도면중 미설명 부호인 3는 응축기, 4은 팽창기구, 5는 증발기이다.

상기와 같은 본 발명 용량 가변형 복식 로터리 압축기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 전동기구부에 전원을 인가하면 회전축(C)이 회전을 하고, 각각의 롤링피스톤(14)(23)이 제1 실린더(11)와 제2 실린더(21)의 각 내부공간(V1)(V2)에서 선회운동을 하면서 제1 베인(15) 및 제2 베인(24)과의 사이에 용적을 형성하여 냉매를 흡입 압축한 후 케이싱(1)의 내부로 토출하며, 이 냉매가스는 가스토출관(DP)을 통해 냉동사이클장치의 응축기(2)로 분출되었다가 팽창기구(3)와 증발기(4)를 차례로 거친후 다시 각각의 가스흡입관(SP1)(SP2)을 통해 제1 실린더(11)와 제2 실린더(21)의 내부공간(V1)(V2)으로 흡입되는 일련의 과정을 반복한다.

여기서, 압축기가 정상운전(파워운전)을 하는 경우에는 도 6a에서와 같이 파 일로트밸브인 배압전환유닛(40)에 전원을 오프(OFF)시켜 고압연결관(42)과 공통연결관(44)이 연통되도록 한다. 그리하여 운전중에 제2 가스흡입관(SP2) 또는 증발기(5)를 통과한 저압의 냉매가스가 고압연결관(42)과 공통연결관(44)을 거쳐 슬라이딩밸브(31)의 제2 압력부(31b) 쪽으로 유입되도록 한다. 이때, 슬라이딩밸브(31)의 제1 압력부(31a)쪽으로는 서브베어링(22)의 연통구멍(22e)을 통해 고압이 공급되어 슬라이딩밸브(31)의 양측 압력은 동일하게 되나 제2 압력부(31b)쪽에 배치하는 밸브스프링(32)의 탄성력에 의해 상기한 슬라이딩밸브(31)가 제1 압력부(31a)쪽으로 밀려나면서 제2 압력부(31b)가 양쪽 바이패스구멍(22b)(22c)을 동시에 차단하게 된다. 이렇게 하여 제2 실린더(21)의 압축실에서 압축되는 냉매가스는 바이패스구멍(22b)(22c)이 막힘에 따라 미들베어링(13)의 제2 토출구(13a)를 통해 제1 압축기구부(10)의 머플러(17)로 이동하였다가 제1 실린더에서 토출되는 냉매와 함께 케이싱(1)의 내부로 모두 토출된 후 응축기(2)와 팽창기구(3) 그리고 증발기(4)를 순환하면서 100%의 냉동능력을 발휘하는 압축운전을 하게 된다.

반면, 압축기가 공회전(세이빙운전)을 하는 경우에는 도 6b에서와 같이 파일로트밸브인 배압전환유닛(40)에 전원을 온(ON)시켜 저압연결관(43)과 공통연결관(44)을 연결시킨다. 그리하여 운전중에 제1 압력부(31a)측의 압력에 의한 힘이 제2 압력부(31b)측의 압력과 밸브스프링(32)의 탄성력을 합한 힘 보다 크게 되어 슬라이딩밸브(31)는 제2 압력부(31b)측으로 이동하면서 바이패스구멍(22b)(22c)이 열린다. 이렇게 하여 제2 실린더(21)의 압축실에서 압축되는 냉매는 압축실측 바이패스구멍(22c)에서 흡입실측 바이패스구멍(22b)으로 누설되면서 제2 압축기구부는 일종 의 세이빙운전, 즉 운전은 하지만 냉동능력은 제로(0)인 비압축운전을 하게 됨으로써 제1 압축기구부(10)의 냉동능력만큼(예컨대, 제1 압축기구부와 제2 압축기구부의 용량이 60:40이라면 대략 60%)만 발휘하는 절약운전을 하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 의한 용량 가변형 복식 로터리 압축기를 에어콘에 적용하는 경우 냉방운전을 예로 들어 그 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

즉, 실내온도와 설정온도를 비교하여 실내온도가 설정온도 보다 높은 경우에는 압축기가 앞서 예시한 정상운전을 실시함으로써 에어콘이 100%의 냉방능력을 발휘하도록 하는 반면 실내온도가 설정온도 보다 낮거나 같은 경우에는 제2 압축기구부가 앞서 예시한 공회전을 실시함으로써 제2 압축기구부는 일을 하지 않아 결국 제1 압축기구부의 용량만큼만 일을 하도록 한다.

또, 정상운전과 절약운전 시간을 필요에 따라 각각 조절하여 에어콘 용량 범위를 넓게 가변할 수 있다. 예컨대, 도 7에서와 같이 용량을 10%로 제어하는 경우에는 전체 운전시간이 20초로 가정할 때 2초 동안은 정상운전을 하는 반면 18초 동안은 절약운전을 수행하도록 하고, 용량을 50%로 제어하는 경우에는 전체 운전시간이 20초로 가정할 때 10초 씩 정상운전과 절약운전을 번갈아 수행하며, 용량을 90%로 제어하는 경우에는 전체 운전시간이 20초로 가정할 때 10초 동안은 정상운전을, 2초 동안은 절약운전을 수행하도록 함으로써 압축기 및 에어콘의 냉동능력을 보다 세분화하여 제어할 수 있다. 이를 통해 인버터 로터리 압축기에 비해 원가를 현저하게 낮추면서도 효율이 높고 신뢰성이 우수한 로터리 압축기와 에어콘을 공급할 수 있다.

본 발명에 의한 용량 가변형 복식 로터리 압축기 및 이를 적용한 에어콘은, 제2 서브베어링에 베인을 사이에 두고 실린더의 압축실과 흡입실을 연통하는 바이패스구멍을 형성하고, 그 바이패스구멍을 압력차에 의해 개폐하는 슬라이딩밸브를 설치하여 제2 압축기구부의 용량을 가변하도록 함으로써, 냉매의 유동저항을 줄여 용적배제운전시 냉동능력저하율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 모드간 운전시간의 조절을 통해 에어콘의 냉동능력을 다양화하여 압축기와 이를 채용한 에어콘의 불필요한 전력낭비를 줄이고 효율을 높일 수 있다.

Claims (11)

1. 롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 각각 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 흡입구를 각각 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 베인슬롯을 각각 형성하여 케이싱의 내부에 축방향을 따라 상하로 고정 설치하는 복수 개의 실린더와;

   상측 실린더를 복개하여 함께 상측 실린더의 내부공간을 형성하고, 그 상측 실린더의 압축실에 연통하여 압축된 냉매를 토출하도록 토출구를 형성하는 상측 베어링플레이트와;

   상측 실린더와 하측 실린더의 사이에 개재하여 함께 상측 실린더와 하측 실린더의 내부공간을 형성하는 중간 베어링프레이트와;

   하측 실린더를 복개하여 함께 하측 실린더의 내부공간을 형성하고, 베인을 중심으로 압축실과 흡입실을 연통하도록 복수 개의 바이패스구멍을 형성하며, 복수 개의 바이패스구멍이 서로 연통하도록 한 개의 밸브구멍을 형성하고, 밸브구멍이 케이싱의 내부공간에 연통하도록 연통구멍을 형성하는 하측 베어링플레이트와;

   하측 베어링플레이트의 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 정상운전시에는 상기한 바이패스구멍을 차단하는 반면 공회전(idling)시에는 상기한 바이패스구멍을 열어 압축실의 냉매를 흡입실로 바이패스시키는 밸브유닛과;

   밸브유닛이 운전모드에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 그 밸브유닛의 일측 에 압력을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함한 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   하측 실린더의 내주면에는 베인슬롯의 양측에서 하측 베어링플레이트의 바이패스구멍과 연통하도록 바이패스안내홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   복수 개의 바이패스구멍은 대략 동일 원주상에 형성하고, 한 개의 밸브구멍은 바이패스구멍의 중심을 잇는 원주상에 법선을 이루도록 반경방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
4. 제3항에 있어서,

   밸브유닛은 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 상기 배압절환유닛에 의한 압력차에 따라 밸브구멍에서 반경방향으로 이동하면서 상기한 복수 개의 바이패스구멍을 동시에 개폐하는 슬라이딩밸브와, 슬라이딩밸브의 이동방향을 탄력 지지하여 양단의 압력차가 동일할 때 상기한 슬라이딩밸브가 열리는 위치로 이동하도록 하는 밸브스프링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
5. 제4항에 있어서,

   슬라이딩밸브는 바이패스구멍의 양측에 위치하여 밸브구멍의 내주면에 미끄럼 접촉하도록 형성하고 그 일측은 연통구멍을 통한 케이싱 내부의 압력을 전달받는 반면 그 타측은 배압절환유닛을 통한 압력을 전달받아 이동하면서 바이패스구멍을 개폐할 수 있도록 형성하는 복수 개의 압력부와, 복수 개의 압력부 사이를 연결하고 그 외주면과 밸브구멍 사이에 복수 개의 바이패스구멍이 연통하도록 가스통로가 형성되는 연통부로 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   슬라이딩밸브는 그 슬라이딩밸브와 밸브구멍의 사이에 일정 간격을 유지하여 연통구멍이 항상 열리도록 지지돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
7. 제1항에 있어서,

   배압절환유닛은 밸브유닛의 일측에 공급되는 압력을 결정하는 절환밸브조립체와, 절환밸브조립체의 고압측 입구에 연결하여 고압 분위기를 공급하는 고압연결관과, 절환밸브조립체의 저압측 입구에 연결하여 저압 분위기를 공급하는 저압연결관과, 절환밸브조립체의 공통측 출구를 밸브구멍에 연결하여 밸브유닛의 일측에 고압 분위기 또는 저압 분위기를 공급하는 공통연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
8. 제7항에 있어서,

   절환밸브조립체는 상기한 고압측 입구와 저압측 입구 그리고 공통측 출구를 형성하는 절환밸브하우징과, 절환밸브하우징의 내부에 미끄러지게 결합하여 상기한 고압측 입구와 공통측 출구 또는 저압측 입구와 공통측 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 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
9. 제7항에 있어서,

   고압연결관은 케이싱의 내부공간에 연통 설치한 가스토출관의 중간에 연결하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
10. 제7항에 있어서,

    고압연결관은 케이싱의 내부에 채우는 오일에 잠기도록 그 케이싱의 하반부에 연결하는 것을 특징으로 하는 용량 가변형 복식 로터리 압축기.
11. 복수 개의 실린더를 구비한 압축기와, 응축기와, 팽창기구와, 증발기를 포함 하는 에어콘에 있어서,

    롤링피스톤이 선회운동을 하면서 냉매를 흡입하여 압축하도록 그 중앙에 내부공간을 각각 형성하고, 내부공간에 가스흡입관이 연통하도록 흡입구를 각각 형성하며, 롤링피스톤에 반경방향으로 접하여 상기한 내부공간을 압축실과 흡입실로 구획하는 베인을 지지하도록 베인슬롯을 각각 형성하여 케이싱의 내부에 축방향을 따라 상하로 고정 설치하는 복수 개의 실린더와;

    상측 실린더를 복개하여 함께 상측 실린더의 내부공간을 형성하고, 그 상측 실린더의 압축실에 연통하여 압축된 냉매를 토출하도록 토출구를 형성하는 상측 베어링플레이트와;

    상측 실린더와 하측 실린더의 사이에 개재하여 함께 상측 실린더와 하측 실린더의 내부공간을 형성하는 중간 베어링프레이트와;

    하측 실린더를 복개하여 함께 하측 실린더의 내부공간을 형성하고, 베인을 중심으로 압축실과 흡입실을 연통하도록 복수 개의 바이패스구멍을 형성하며, 복수 개의 바이패스구멍이 서로 연통하도록 한 개의 밸브구멍을 형성하고, 밸브구멍이 케이싱의 내부공간에 연통하도록 연통구멍을 형성하는 하측 베어링플레이트와;

    하측 베어링플레이트의 밸브구멍에 미끄러지게 삽입하여 실내온도가 설정온도 범위를 벗어난 경우에는 상기한 바이패스구멍을 차단하여 정상운전을 하도록 하는 반면 실내온도가 설정온도 범위내인 경우에는 상기한 바이패스구멍을 열어 압축실의 냉매를 흡입실로 바이패스시켜 공회전을 하도록 하는 밸브유닛과;

    밸브유닛이 실내온도와 설정온도의 차이에 따라 바이패스구멍을 개폐하도록 그 밸브유닛의 일측에 압력을 차별적으로 공급하는 배압절환유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어콘.

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