KR20070017450A - 용량 가변 압축기 및 그 운전방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용량 가변 압축기 및 그 운전방법에 관한 것으로, 본 발명은 케이싱의 내부에 장착되는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 냉매를 압축시키는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛과, 상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛으로 냉매가 흡입되는 흡입측과 그 압축 유닛에서 냉매가 토출되는 토출측을 연통시키는 바이패스 관과, 상기 바이패스 관에 장착되어 그 바이패스 관을 개폐하는 개폐 밸브와, 상기 개폐 밸브를 움직이는 밸브 모터와, 상기 밸브 모터의 구동시간 간격과 정지시간 간격을 제어하는 제어유닛을 포함하여 구성된다. 또한 상기 제1,2 압축 유닛에서 동시에 냉매를 압축하거나 또는 그 중 하나의 압축 유닛만 냉매를 압축하거나 또는 두개의 압축 유닛에서 동시에 냉매를 압축하면서 그 중 하나의 압축 유닛에서 압축되는 냉매의 압축 용량을 가변시켜 다양한 압축 용량을 구현하여 소모 전력을 감소시킬 뿐만 아니라 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

용량 가변 압축기 및 그 운전방법{CAPACITY VARYING COMPRESSOR AND DRIVING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 용량 가변 압축기의 일예를 도시한 정단면도,

도 2는 본 발명의 용량 가변 압축기의 운전방법을 도시한 순서도,

도 3, 4는 상기 본 발명의 용량 가변 압축기의 작동상태를 각각 도시한 단면도,

도 5는 밸브 모터의 듀티 비를 조절함에 따라 출력되는 냉매의 압축 용량에 따른 냉동 능력을 나타낸 그래프이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20; 구동 모터 150; 제어 유닛

151; 바이패스 관 152; 개폐 밸브

153; 밸브 모터 154; 토션 스프링

155; 모터축

본 발명은 용량 가변 압축기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부의 부하 변화에 따라 냉매를 압축하는 압축 용량을 다양하게 가변시킬 수 있도록 한 용량 가변 압축기 및 그 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로 에어컨, 냉장고, 쇼 케이스 등은 냉동 사이클 시스템을 구비하고 있다. 이와 같은 냉동사이클 시스템은 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 응축되면서 외부에 열을 방출시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매의 압력을 저하시키는 팽창 밸브와, 상기 팽창 밸브를 거친 냉매가 증발되면서 외부의 열을 흡수시키는 증발기를 포함하여 구성된다. 상기 압축기, 응축기, 팽창 밸브 그리고 증발기는 연결관에 의해 연결되어 하나의 사이클을 형성하게 된다.

상기 냉동 사이클 시스템은 전원이 인가되어 압축기가 작동함에 따라 그 압축기에서 토출된 고온 고압의 냉매가 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 순차적으로 거친 후 압축기로 흡입되며, 이와 같은 과정이 반복된다. 상기 과정에서 응축기에서 열을 발생시키고 증발기에서 외부의 열을 흡수하여 냉기를 형성하게 된다.

냉장고와 쇼 케이스는 그 냉동 사이클 시스템의 증발기에서 발생되는 냉기를 이용하여 식품을 신선하게 저장하게 된다. 그리고 에어컨은 냉동 사이클 시스템의 응축기에서 발생되는 열과 증발기에서 형성되는 냉기를 선택적으로 실내에 순환 유동시켜 실내를 쾌적한 상태로 유지시키게 된다.

상기 냉장고와 쇼 케이스의 경우 계절의 변화없이 꾸준하게 사용하게 되지만, 에어컨의 경우 계절에 따라 사용 정도가 다르게 된다.

에어컨의 경우 여름철에는 사용 정도가 크지만, 봄과 가을철의 경우 사용 정 도가 약하게 된다. 이와 같이, 여름철과 봄 또는 가을철에 따라 에어컨의 사용 정도가 크게 다르게 되므로 이에 대한 적절한 운전 모드의 전환은 에어컨 소모 전력을 크게 줄일 수 있게 된다.

특히, 최근 전세계적인 오일 사용량의 증가로 인하여 오일의 가격이 증가하게 됨에 따라 소모 전력을 최소화할 수 있는 에어컨의 연구 개발이 매우 중요한 과제로 부각되고 있다. 그리고 공기 조화기의 소모 전력을 최소화하게 되면 환경 문제를 유발시키는 것을 최소화하게 된다.

상기 냉동 사이클 시스템의 냉동 능력은 상기 압축기에서 냉매를 압축시키는 압축 용량에 따라 결정되며, 상기 압축기의 압축 용량이 클 수록 그 냉동 사이클 시스템의 증발기에서 형성되는 냉기의 양이 많아지게 되고 그 압축기의 압축 용량이 작을 수록 그 증발기에서 형성되는 냉기의 양이 적어지게 된다.

따라서 상기 냉동 사이클 시스템을 효율적으로 운전시키기 위하여 상황에 따라 냉기가 많이 필요한 경우 압축기에서 압축시키는 압축 용량을 크게 하고 냉기가 적게 필요한 경우 압축기에서 압축시키는 압축 용량을 적게 하여야 한다.

일반적으로 압축기는 보통 전기 에너지를 운동에너지로 변환시키는 전동기구부와 그 전동기구부의 회전력을 전달받아 냉매를 압축시키는 압축기기구로 구성된다. 이와 같은 압축기에서 압축 용량을 가변시키기 위한 방법 중의 하나로 상기 전동기구부의 회전수를 가변시킬 수 있다. 그러나 상기 전동기구부의 회전수를 가변시킬 경우 그 전동기구부의 단가가 고가가되어 압축기의 단가가 비싸게 되므로 제품의 경쟁력이 떨어지게 된다.

따라서 상기 냉매를 압축시키는 구동력을 발생시키는 전동기구부의 회전수를 일정하게 하고 상기 압축기구부에서 냉매의 압축 용량을 가변시킬 수 있도록 연구 개발이 진행되고 있다.

상기 압축기에서 냉매의 압축 용량을 가변시키는 방법 중의 하나로 냉매를 압축하는 압축 유닛을 두개로 구성하고 그 두개의 압축 유닛을 선택적으로 직렬로 연결하거나 병렬도 연결되도록 배관 시스템을 구성하여, 압축기의 압축 용량을 크게 할 경우 그 두개의 압축 유닛을 병렬로 연결하고, 그 압축기의 압축 용량을 작게 할 경우 그 두개의 압축 유닛을 직렬로 연결하게 된다.

그러나 이와 같은 방법은 냉매 압축 용량을 가변시킬 수 있는 단계, 즉 경우의 수가 두개 또는 세개로 한정되어 있다. 즉, 그 경우의 수는 두개의 압축 유닛을 병렬로 연결하여 그 두개의 압축 유닛에서 각각 냉매를 압축하는 경우와, 그 두개의 압축 유닛을 직렬로 연결하여 그 두개의 압축 유닛에서 연속적으로 냉매를 압축하는 경우 그리고 그 두개의 압축 유닛의 압축 용량을 각각 다르게 한 경우 등이다. 따라서 이와 같은 방법은 냉매 압축 용량이 두개 또는 세개로 한정되어 있어 다양한 외기 변화(부하의 변화)에 따라 그에 맞게 다양한 압축 용량으로 냉매를 압축하지 못하게 되어 상대적으로 효율을 저하시키게 되는 단점이 있다.

또한, 이와 같은 방법은 두개의 압축 유닛을 연결하는 배관 시스템이 복잡하게 될 뿐만 아니라 전체적인 외형이 크게 되어 제작 단가가 비싸게 될 뿐만 아니라 그 압축기의 설치시 설치 공간을 많이 차지하게 되어 설치 공간의 제약을 받게 되는 단점이 있다.

상기한 바와 같은 단점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 외부의 부하 변화에 따라 냉매를 압축하는 압축 용량을 다양하게 가변시킬 수 있도록 한 용량 가변 압축기 및 그 운전방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱의 내부에 장착되는 구동 모터와, 상기 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 냉매를 압축시키는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛과, 상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛으로 냉매가 흡입되는 흡입측과 그 압축 유닛에서 냉매가 토출되는 토출측을 연통시키는 바이패스 관과, 상기 바이패스 관에 장착되어 그 바이패스 관을 개폐하는 온/오프 밸브와, 상기 온/오프 밸브를 움직이는 밸브 모터와, 상기 밸브 모터의 구동시간 간격과 정지시간 간격을 제어하는 제어유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용량 가변 압축기가 제공된다.

또한, 구동 모터와 그 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 냉매를 압축시키는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛을 포함하여 구성된 용량 가변 압축기에 있어서, 부하를 감지하는 단계, 그 부하에 따라 상기 두개의 압축 유닛에서 각각 냉매를 지속적으로 압축시키는 고용량 모드, 또는 상기 두개의 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛에서 지속적으로 냉매를 압축시키고 다른 하나의 압축 유닛에서 냉매를 압축시키는 시간 간격과 냉매를 압축시키지 않는 시간 간격을 변화시키는 가변용량 모드, 또는 두개의 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛에서만 냉매를 압축시키는 저용 량 모드 중 하나를 선택하여 운전하는 단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 용량 가변 압축기의 운전방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 용량 가변 압축기 및 그 운전방법의 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 용량 가변 압축기의 일 실시예를 도시한 정단면도이고, 도 2는 상기 용량 가변 압축기의 평단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 용량 가변 압축기는 소정 형상을 갖는 케이싱(10)의 내부 상측에 회전력을 발생시키는 구동 모터(20)가 장착되고, 그 구동 모터(20)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축시키는 제1 압축 유닛이 그 구동 모터(20)의 하측에 위치하도록 상기 케이싱(10) 내부에 장착되며, 그 구동 모터(20)의 회전력을 전달받아 냉매를 압축시키는 제2 압축 유닛이 상기 제1 압축 유닛의 아래에 위치하도록 설치된다.

그리고 상기 제1 압축 유닛에서 압축된 냉매를 토출시키는 제1 토출 유닛이 상기 제1 압축 유닛에 구비되며, 상기 제2 압축 유닛에서 압축된 냉매를 토출시키는 제2 토출 유닛이 구비된다.

상기 케이싱(10)의 옆에 액 냉매를 기화시키는 어큐뮬레이터(30)가 위치하며, 상기 어큐뮬레이터(30)를 거친 냉매가 상기 제1 압축 유닛으로 유입되도록 안내하는 제1 유입관(11)이 상기 어큐뮬레이터(30)와 제1 압축 유닛에 연결되고, 상기 어큐뮬레이터(30)를 거친 냉매가 상기 제2 압축 유닛으로 유입되도록 제2 유입관(12)이 상기 어큐뮬레이터(30)와 제2 압축 유닛에 연결된다.

상기 케이싱(10)의 상부에 압축된 가스가 케이싱(10)의 외부로 토출되는 토출관(13)이 결합된다.

상기 구동 모터(20)는 상기 케이싱(10)의 내부에 장착되며 권선 코일(C)이 구비된 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 내부에 회전 가능하게 삽입되는 회전자(22)를 포함하여 구성된다.

상기 회전자(22)에 회전축(40)이 압입된다. 상기 회전축(40)은 소정의 길이를 갖는 축부(41)와, 일정 두께와 외경을 가지며 상기 축부(41)의 중심과 편심되게 그 축부(41)의 일측에 연장 형성되는 제1 편심부(42)와, 일정 두께와 외경을 가지며 상기 축부(41)의 중심과 편심되에 그 축부(41)에 연장 형성되는 제2 편심부(43)를 구비하여 이루어진다. 상기 제1 편심부(42)는 그 제2 편심부(43)의 상측에 위치하며 서로 일정 간격을 두고 위치하게 된다.

상기 제1 압축 유닛은 상기 케이싱(10)의 내부에 장착되는 제1 실린더(50)와, 상기 제1 실린더(50)의 내부 공간에 위치하는 회전축의 제1 편심부(42)와, 상기 제1 실린더(50)에 슬라이딩 가능하게 삽입되며 상기 제1 실린더(50)의 내부 공간을 구획하는 제1 베인(60)과, 상기 제1 실린더(50)의 상부에 결합되어 그 내부 공간을 밀폐시킴과 아울러 상기 회전축(40)을 지지하는 상부 베어링(70)과, 상기 제1 실린더(50)의 하부에 결합되는 중간 플레이트(80)를 포함하여 구성된다. 상기 제1 베인(60)은 스프링(61)에 의해 탄성 지지된다.

상기 제1 유입관(11)은 상기 제1 실린더(50)의 내부 공간과 연통되게 그 제1 실린더(50)에 형성된 흡입구멍(51)과 연결된다.

상기 제2 압축 유닛은 상기 케이싱(10)의 내부에 장착되는 제2 실린더(90)와, 상기 제2 실린더(90)의 내부 공간에 위치하는 회전축의 제2 편심부(43)와, 상기 제2 실린더(90)의 일측에 슬라이딩 가능하게 삽입되어 그 제2 실린더(90)의 내부 공간을 구획하는 제2 베인(100)과, 상기 제2 실린더(90)의 하부에 결합되어 그 내부 공간을 밀폐시킴과 아울러 상기 회전축(40)을 지지하는 하부 베어링(110)을 포함하여 구성된다. 상기 제2 실린더(90)의 상면에 상기 중간 플레이트(80)가 위치하게 되며 그 중간 플레이트(80)가 상기 제2 실린더(90)의 내부 공간을 밀폐시키게 된다. 상기 제2 베인(100)은 스프링(101)에 의해 탄성 지지된다.

상기 제2 유입관(12)은 상기 제2 실린더(90)의 내부 공간과 연통되게 그 제2 실린더(90)에 형성된 흡입구멍(91)과 연결된다.

상기 제1 토출 유닛은 상기 상부 베어링(70)에 형성되는 토출 구멍(71)과, 상기 상부 베어링(70)에 장착되어 그 토출 구멍(71)을 개폐하는 제1 토출 밸브(72)를 포함하여 구성된다.

상기 제2 토출 유닛은 상기 하부 베어링(110)에 장착되어 그 내부에 챔버(S)를 형성하는 챔버 케이싱(130)과, 상기 제2 실린더(90)의 내부 공간과 상기 챔버(S)를 연통시키도록 상기 하부 베어링(110)에 관통 형성되는 토출 유로(111)와, 상기 챔버(S)와 케이싱(10) 내부를 연통시키는 연통 유로(F)와, 상기 연통 유로(F)를 개폐시키는 제2 토출 밸브(140)를 포함하여 구성된다.

상기 연통 유로(F)는 상기 제1,2 압축 유닛을 관통하여 형성되는 관통 구멍으로 이루어진다. 즉, 상기 연통 유로(F)는 상기 하부 베어링(110)과 제2 실린더 (90)와 중간 플레이트(80)와 제1 실린더(50) 그리고 상부 베어링(70)을 관통하여 형성된 관통 구멍으로 이루어진다. 그리고 상기 제2 토출 밸브(140)는 상기 관통 구멍을 개폐하도록 상기 상부 베어링(70)의 상면에 장착된다.

상기 제2 압축 유닛의 흡입측과 그 제2 압축 유닛의 토출측을 연통시키는 바이패스 관(151)이 상기 챔버(S)와 상기 제2 유입관(12)사이에 연결된다. 상기 바이패스 관(151)은 절곡 형성되며, 그 일측이 상기 챔버 케이싱(130)에 고정 결합되고, 타측이 상기 제2 유입관(12)에 고정 결합된다.

그리고 상기 바이패스 관(151)을 개폐시키는 개폐 유닛이 구비되고, 그 개폐 유닛이 그 바이패스 관(151)을 개폐하도록 제어할 뿐만 아니라 그 개폐 유닛이 그 바이패스 관(151)을 열고 있는 시각 간격과 그 바이패스 관(151)을 막고 있는 시간 간격을 제어하는 제어 유닛(150)이 구비된다.

상기 개폐 유닛은 그 바이패스 관(151)으로 유동하는 냉매를 단속하는 개폐 밸브(152)와, 그 개폐 밸브(152)를 움직이는 밸브 모터(153)와, 그 밸브 모터(153)의 모터축에 결합되는 토션 스프링(154)을 포함하여 구성된다.

상기 제어 유닛(150)은 펄스폭변조방식(Pluse Width Modulation, PWM)을 구현하는 피씨비로 이루어진다.

미설명 부호 45, 46은 롤링 피스톤이고, 20은 머플러이다.

한편, 도 2는 본 발명의 용량 가변 압축기의 운전방법의 일 실시예를 도시한 순서도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 용량 가변 압축기의 운전방법은 부하를 감지하는 단계; 그 부하에 따라, 상기 두개의 압축 유닛에서 각각 냉매를 지속적으로 압축시키는 고용량 모드, 또는 상기 두개의 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛에서 지속적으로 냉매를 압축시키고 다른 하나의 압축 유닛에서 냉매를 압축시키는 시간 간격과 냉매를 압축시키지 않는 시간 간격을 변화시키는 가변용량 모드, 또는 두개의 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛에서만 냉매를 압축시키는 저용량 모드 중 하나를 선택하여 운전하는 단계를 포함하여 진행된다.

상기 부하는 사용자의 설정에 의해 결정될 수 있고 또는 외부의 온도가 센서에 의해 감지됨에 의해 결정된다.

상기 가변용량 모드는 부하를 감지하여 제어 신호를 발생시키는 단계와, 선택적으로 냉매의 압축이 이루어지는 압축 유닛의 흡입측과 그 압축 유닛의 토출측을 연통시키는 바이패스 관(151)을 개폐시키는 밸브 모터(153)를 상기 제어 신호에 따라 구동되도록 모터 구동신호를 발생시키는 제어 단계와, 상기 모터 구동신호에 의해 밸브 모터(153)를 구동하여 상기 바이패스 관(151)의 개폐 시간 간격을 조절하는 단계를 포함하여 진행된다.

상기 두개의 압축 유닛에서 각각 냉매를 압축하는 최대의 압축 용량은 서로 다르게 할 수 있고 또한 서로 다르게 할 수 있다.

상기 밸브 모터(153)의 구동시는 그 밸브 모터(153)의 모터축(155)에 결합되는 토션 스프링(154)의 토션을 극복하는 방향으로 회전하고, 상기 밸브 모터(153)의 정지시 그 토션 스프링(154)의 복원력에 의해 초기 위치로 이동하게 된다.

이하, 본 발명의 용량 가변 압축기 및 그 운전방법의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛에서 모두 냉매를 압축하게 될 경우, 즉 고용량 모드로 운전될 경우, 상기 밸브 모터(153)의 구동에 의해 그 개폐 밸브(152)가 바이패스 관(151)을 막은 상태에서 압축기가 운전된다.

상기 압축기에 전원이 인가됨에 따라 상기 구동 모터(20)에서 회전력이 발생되며 그 구동 모터(20)의 회전력이 회전축(40)에 전달되어 그 회전축(40)이 회전하게 된다.

상기 회전축(40)이 회전함에 따라 그 회전축의 제1 편심부(42)와 제2 편심부(43)가 각각 제1 실린더(50)의 내부 공간과 제2 실린더(90)의 내부 공간에서 그 회전축의 축부(41)를 중심으로하여 원 운동하게 된다. 상기 제1 편심부(42)가 제1 실린더(50)의 내부 공간에서 원 운동함에 따라, 도 3에 도시한 바와 같이, 그 제1 베인(60)에 의해 구획된 내부 공간의 체적 변화로 냉매가 제1 유입관(11)을 통해 흡입되고 압축되며 그 압축된 냉매는 제1 토출 밸브(72)가 열리면서 토출 구멍(71)을 통해 케이싱(10) 내부로 토출된다. 이와 동시에, 상기 제2 편심부(43)가 제2 실린더(90)의 내부 공간에서 원 운동함에 따라 그 제2 베인(100)에 의해 구획된 내부 공간의 체적 변화로 냉매가 제2 유입관(12)을 통해 흡입되고 압축되며 그 압축된 냉매는 제2 토출 밸브(140)가 열리면서 상기 토출 유로(111)와 챔버(S) 그리고 연통 유로(F)를 통해 케이싱(10) 내부로 토출된다.

상기 케이싱(10) 내부로 토출된 고온 고압의 냉매는 토출관(13)을 통해 케이싱(10) 외부로 토출된다.

한편, 상기 바이패스 관(151)이 개폐 밸브에 의해 막히게 됨으로써 상기 제2 유입관(12)을 통해 유동하는 냉매가 바이패스 관(151)을 통해 챔버(S)내로 유입되는 것이 방지될 뿐만 아니라 상기 제2 압축 유닛에서 토출되어 챔버(S)로 유입된 냉매가 제2 유입관(12)측으로 유동하는 것을 방지하게 된다.

이와 같이, 고용량 모드인 경우 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛에서 각각 냉매가 지속적으로 압축되므로 냉매 압축 용량이 크게 된다.

또한, 상기 제1 압축 유닛에서 냉매가 지속적으로 압축되고 제2 압축 유닛에서 지속적으로 냉매가 압축되지 않을 경우, 즉 저용량 모드로 운전될 경우, 상기 밸브 모터(153)의 구동을 정지시켜 토션 스프링(154)의 토션에 의해 개폐 밸브(152)가 초기 위치로 움직이면서 그 개폐 밸브(152)가 바이패스 관(151)을 열게 된다.

이로 인하여, 상기 제1 압축 유닛에서는 고용량 모드에서와 같이, 상기 제1 유입관(11)을 통해 제1 압축 유닛으로 흡입되는 냉매는, 도 4에서 도시한 바와 같이, 그 제1 압축 유닛에서 압축되어 케이싱(10) 내부로 토출된다.

그리고 상기 제2 압축 유닛에서는 상기 냉매가 흡입되는 흡입측인 제2 유입관(12)과 냉매가 토출되는 토출측인 챔버(S)를 연결하는 바이패스 관(151)이 오픈되므로 상기 제2 유입관(12)측과 챔버(S)측의 압력이 같게 되어 그 제2 압축 유닛에서 압축이 이루어지지 않고 그 회전축의 제2 편심부(43)가 공회전하게 된다. 즉, 상기 흡입측과 토출측의 압력이 같게 되므로 상기 제2 실린더(90)의 내부 공간에서 체적 변화가 발생되어도 그 제2 실린더(90)의 내부 공간에 흡입된 냉매가 압축되지 않고 그대로 토출되어 바이패스 관(151)을 통해 다시 제2 압축 유닛으로 유입되는 과정을 반복하게 된다.

이와 같이 저용량 모드일 경우 제1 압축 유닛에서 냉매가 압축되고 제2 압축 유닛에서 냉매가 압축되지 않게 되므로 냉매 압축 용량이 적게 된다.

한편, 상기 제1 압축 유닛에서는 지속적으로 냉매 압축이 이루어지고 제2 압축 유닛에서 냉매가 압축되는 시간 간격과 냉매가 압축되지 않는 시간 간격을 변화시키는 경우, 즉 가변용량 모드인 경우, 상기 제1 압축 유닛은 위에서 설명한 바와 같은 과정으로 냉매가 지속적으로 압축되어 케이싱내부로 토출된다. 그리고 상기 제2 압축 유닛에서 냉매를 압축시키는 압축 시간 간격과 냉매를 압축시키지 않는 비압축 시간 간격을 조절하여 그 제2 압축 유닛에서 압축되는 냉매의 양을 조절함에 의해 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛에서 압축되는 냉매의 총량을 조절하게 된다.

상기 제2 압축 유닛에서 냉매가 압축되는 압축 시간 간격과 냉매가 압축되지 않는 비압축 시간 간격을 조절하는 것은 다음과 같다.

상기 밸브 모터(153)를 구동시키게 되면 그 밸브 모터(153)의 구동에 의해 개폐 밸브(152)가 상기 바이패스 관(151)을 막게 되면서 그 제2 압축 유닛에서 냉매가 압축되어 케이싱(10)내부로 토출되고, 또한 상기 밸브 모터(153)의 구동을 정지시키게 되면 토션 스프링(154)의 토션에 의해 개폐 밸브(152)가 초기 위치로 이동하여 바이패스 관(151)을 열게 되면서 제2 압축 유닛의 흡입측과 토출측이 연통되어 그 제2 압축 유닛에서 냉매가 압축되지 않게 된다. 이와 같이 상기 밸브 모터 (153)의 구동 시간과 정지 시간의 간격을 조절하면서 제2 압축 유닛에서 냉매를 압축하여 토출시키는 양을 조절하게 된다.

상기한 바와 같은 용량 가변 압축기는 냉동사이클 시스템을 구성하며, 그 용량 가변 압축기를 포함하는 냉동사이클 시스템은 에어컨 등에 장착된다.

이때, 용량 가변 압축기에 부하가 작용하게 되면 그 부하를 감지하여 그 부하(T)가 설정된 값(a) 이상이 되면 고용량 모드로 운전되고, 부하가 설정된 값(b) 이하이면 저용량 모드로 운전되며, 부하가 두개의 설정된 값 사이이면 가변용량으로 운전된다. 상기 가변용량 모드에서 상기 밸브 모터(153)를 주기적으로 온/오프시키는 시간 간격 비, 즉 듀티 비(Duty ratio)를 조절하여 그 제2 압축 유닛에서 압축되는 냉매의 양을 조절하게 된다. 상기 듀티 비에서 밸브 모터(153)를 온시키는 비율을 높이게 되면 냉매가 압축되는 양이 많아지고 밸브 모터(153)를 오프시키는 비율을 낮추게 되면 냉매가 압축되는 양이 적어지게 된다. 따라서 부하의 변화에 따라 그 변화를 감지하여 제어 유닛의 제어에 의해 듀티 비를 조절하면서 냉매의 압축 용량을 조절하게 된다. 도 5는 듀티 비를 조절함에 따라 출력되는 냉매의 압축 용량에 따른 냉동 능력을 나타낸 그래프이다.

이와 같이, 본 발명은 두개의 압축 유닛에서 모두 냉매를 압축시키는 압축 용량에서부터 하나의 압축 유닛에서 냉매를 압축시키는 압축 용량의 범위내에서 다양한 압축 용량을 발생시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 용량 가변 압축기는 두개의 압축 유닛에서 동시에 냉매를 압축하거나 또는 하나의 압축 유닛에서 냉매를 압축하거나 또는 두개의 압축 유닛 에서 동시에 냉매를 압축하면서 하나의 압축 유닛에서 냉매를 압축하는 압축 용량을 가변화시킬 수 있도록 구성되므로 두개의 압축 유닛을 병렬 또는 직렬로 연결하는 구성보다 상대적으로 구조가 간단하게 될 뿐만 아니라 전체적인 외형이 작게 된다. 즉, 본 발명은 케이싱의 외부로 위치하는 연결관을 최소화하게 되어 전체적인 외형이 작게 된다. 이로 인하여 압축기의 설치 공간이 작게 될 뿐만 아니라 설치가 자유롭게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 용량 가변 압축기는 이와 같이, 본 발명의 용량 가변 압축기 및 그 운전방법은 설정된 범위내에서 부하의 변화에 따라 다양한 냉매 압축 용량을 발생시키게 되므로 소모 전력을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 케이싱의 내부에 장착되는 구동 모터와;

   상기 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 냉매를 압축시키는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛과;

   상기 제1 압축 유닛과 제2 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛으로 냉매가 흡입되는 흡입측과 그 압축 유닛에서 냉매가 토출되는 토출측을 연통시키는 바이패스 관과;

   상기 바이패스 관에 장착되어 그 바이패스 관을 개폐하는 개폐 밸브와;

   상기 개폐 밸브를 움직이는 밸브 모터와;

   상기 밸브 모터의 구동시간 간격과 정지시간 간격을 제어하는 제어 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용량 가변 압축기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 모터의 모터축에 토션 스프링이 구비된 것을 특징을 하는 용량 가변 압축기.
3. 구동 모터와 그 구동 모터의 구동력을 전달받아 각각 냉매를 압축시키는 제1 압축 유닛 및 제2 압축 유닛을 포함하여 구성된 용량 가변 압축기에 있어서,

   부하를 감지하는 단계;

   그 부하에 따라 상기 두개의 압축 유닛에서 각각 냉매를 지속적으로 압축시 키는 고용량 모드, 또는 상기 두개의 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛에서 지속적으로 냉매를 압축시키고 다른 하나의 압축 유닛에서 냉매를 압축시키는 시간 간격과 냉매를 압축시키지 않는 시간 간격을 변화시키는 가변용량 모드, 또는 두개의 압축 유닛 중 하나의 압축 유닛에서만 냉매를 압축시키는 저용량 모드 중 하나를 선택하여 운전하는 단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 용량 가변 압축기의 운전방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 가변용량 모드는 부하를 감지하여 제어 신호를 발생시키는 단계와, 선택적으로 냉매의 압축이 이루어지는 압축 유닛의 흡입측과 그 압축 유닛의 토출측을 연통시키는 바이패스 관을 개폐시키는 밸브 모터를 상기 제어 신호에 따라 구동되도록 모터 구동신호를 발생시키는 제어 단계와, 상기 모터 구동신호에 의해 밸브 모터를 구동하여 상기 바이패스 관의 개폐 시간 간격을 조절하는 단계를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 용량 가변 압축기의 운전방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 바이패스 관이 닫히면 그 압축 유닛에서 냉매의 압축이 이루어지고 그 바이패스 관이 열리면 그 압축 유닛에서 냉매의 압축이 이루어지지 않는 것을 특징으로 하는 용량 가변 압축기의 운전방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 두개의 압축 유닛에서 각각 냉매를 압축하는 최대의 압축 용량을 서로 다르게 하는 것을 특징으로 하는 용량 가변 압축기의 운전방법.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 밸브 모터의 구동시는 그 밸브 모터의 모터축에 결합되는 토션 스프링의 토션을 극복하는 방향으로 회전하고, 상기 밸브 모터의 정지시 그 토션 스프링의 복원력에 의해 초기 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 용량 가변 압축기의 운전방법.

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