KR100229319B1 - 대체냉매용 로타리압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대체냉매용 로타리압축기에 관한 것으로, 특히 로타리압축기의 원활한 오일급유 및 입력손실 저감과 실린더 내면과 롤러 외경사이의 틈새를 통한 냉매가스 누설에 의한 체적효율 저하를 방지하도록 하는데 목적이 있다.
이를 실현하기 위하여 본 발명은 토출개시각 변동에 의한 베어링 내 유막 발생 영역 위치 변동을 고려하여 메인베어링과 서브베어링의 오일그루브의 위치를 R22용 압축기의 오일그루브 위치보다 약 10∼15°전에 설치하고, 실린더 내면과 롤러 외주면 사이의 롤러 회전구간에 존재하는 최소 조립틈새(Set Clearance)의 위치를 R22용 압축기의 최소 조립틈새보다 약 15°빠른곳에 위치시킨 것이다.

Description

대체냉매용 로타리압축기
본 발명은 로타리압축기에 관한 것으로서, 특히 압축기의 원활한 오일급유 및 입력손실 저감을 위한 대체냉매용 로타리압축기에 관한 것이다.
일반적인 로타리압축기의 구성을 살펴보면 도 1 에 도시된 바와같이 밀폐용기(1)내에 전동요소인 회전자(2)와 고정자(3)로 구성되며, 상기 회전자(2)에 열박음되어 회전자(2)의 회전과 함께 실린더(4)내의 압축실(6)에서 편심회전하는 축(10)과, 상기 축(10)의 상부와 하부를 지지하는 메인베어링(11) 및 서브베어링(12)과, 상기 축(10)에 접동하여 자전하는 롤러(7)와, 상기 롤러(7)의 외주에 압접되어 스프링(8)의 탄성력에 지지되며 직선왕복운동 하는 베인(9)과, 상기 실린더(4)내로 냉매가스의 유입 통로가 되는 흡입파이프(13)로 이루어진다.
도면중 미설명 부호 14는 토출파이프를 나타낸다.
이와같이 구성되는 로타리압축기의 작동을 이하에서 살펴본다.
냉매가스가 압축될 때 발생하는 가스의 압축실 압력과 흡입실 압력의 차압에 의해 도 2 에 나타낸 바와같이 롤러(7)에는 힘 Frol이 작용하는데 이때 축(10) 상부와 하부를 지지하는 메인베어링(11)과 서브베어링(12)에는 반력이 작용하며 힘의 평형을 이루게 된다.
종래 HCFC22(R22)냉매의 회전각도에 따른 압력이 도 3에 도시한 바와같이 토출개시각 θd1의 위치에서 최대의 압축압력이 되지만 R22와 R410a의 냉매 물성치를 비교한 하기의 표 1에 나타낸 바와같이 대체냉매인 R410a는 종래의 R22냉매보다 흡입압Ps2및 Pd2가 높고 차압이 약55%크다. 이러한 냉매의 물성차이에 의하여 토출개시각이 R22냉매의 토출개시각 θd1보다 약 15°가 빠른 θd2가 된다.
항 목 R22 R410A R410A/R22
흡입압력(Kgf/cm2.A) 6.37 10.15
증발기온도(℃) 7.2 ←
토출압력(Kgf/cm2.A) 21.87 34.17
응축기온도(℃) 54.4 ←
흡입온도(℃) 35 35.1
액온도(℃) 46.1 46.0
엔탈피차(Kcal/kg) 40.51 42.97 1.06
흠입가스밀도(Kg/m2) 23.19 31.69 1.37
기체상수(N.m/Kg.k) 96.15 93.67
압력차(Kgf/cm2.A) 15.5 24.02 1.55
동일체적에서의 냉력(Btu/h)Q=mΔH=ρs·Vs·N/60·ΔHe N=3450rpm Vs=19.6cc 기준 15,123 21,922 1.45
일반적으로 토출개시각도의 위치에서 롤러에 걸리는 힘은 최대가 되며 마찬가지로 이 위치에서 메인, 서브 베어링에 작용하는 반력도 최대가 된다. 베어링 내부에는 오일이 공급되어 축(10)과 베어링 사이에 금속접촉이 이루어지지 않도록 윤활막이 형성되는데, 축(10)에 하중이 작용하면 오일에 압력이 발생하여 이 오일의 압력에 의해 축과 베어링은 금속접촉을 하지 않고 회전한다.
이러한 유체윤활상태가 확보되도록 메인베어링(11) 및 서브베어링(12)에는 도 4에 도시한 바와같이 오일공급을 위한 오일그루브(15,16)가 각각 형성되어 있다.
이러한 오일그루브의 설치위치는 일반적으로 베어링내에 면압이 발생하지 않는 위치에 설치해야만 오일그루브에 의한 오일 유막 파괴현상을 방지할 수 있다.
종래의 R22냉매 사용할 때의 유막 발생위치와 대체 냉매인 R410a 냉매 사용할 때의 유막 발생위치는 토출 개시각 차이에 의하여 롤러(7)에 작용하는 최대 힘의 위치도 달라지기 때문에 최대 유막압력 발생위치 및 유막압력 발생영역이 차이가 나게 된다.
도 5 의 (가)는 메인베어링의 유막 압력분포를 나타낸 것으로, R22냉매 사용할 때의 오일그루브 설치각은θmo1, 대체 냉매(R410a)의 오일 그루브 설치각은 θmo2로서 θmo1보다 약 10∼15°앞에 설치해야 안정된 윤활이 가능하다.
도 5 의 (나)는 서브베어링의 유막 압력분포를 나타낸 것으로, R22냉매 사용할 때의 오일그루브 설치각은θso1, 대체 냉매(R410a)의 오일 그루브 설치각은 θso2로서 θso1보다 약 10∼15°앞에 설치해야 안정된 윤활이 가능하다.
또한, 로타리 압축기는 압축실 압력(Pc)이 흡입실 압력(Ps)보다 크기 때문에 롤러(7) 외주면과 실린더(4) 내면 사이의 틈새로 압축실에서 흡입실로의 누설이 발생하게 된다.
종래의 R22용 압축기는 베인 기준각에서 θ의 위치인 약 90°의 위치에 Set Clearance(실린더와 롤러와의 최소 조립틈새)를 맞추고 있다.
그러나 종래의 R22용 압축기에 대체냉매인 R410a를 사용할 때 메인 베어링(11)과 서브베어링(12)에 설치된 오일 그루브(15,16)의 위치는 베어링과 회전축 사이에 존재하는 유체윤활막을 파괴하고 베어링과 축과의 금속접촉을 초래하여 신뢰성 저하의 우려가 있고 이로 인한 소음발생 및 축과 베어링의 소부 발생된다.
또한, 실린더 내면과 롤러 외주면 사이의 틈새를 통한 누설 방지를 위한 Set Clearance의 위치가 R22냉매의 토출개시각에 맞추어져 있어서 대체냉매인 R410a 사용할 때 차압증가 및 토출개시각의 변화로 냉매누설 발생이 증대하고 이로인한 체적효율 저하등 성능저하의 원인이 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 메인베어링과 서브베어링의 오일그루브 위치를 R22용 압축기의 오일그루브 위치보다 약 10∼15°전에 설치시키고, 실린더 내면의 최소 조립틈새의 위치를 R22용 압축기의 최소조립틈새보다 약 15°빠른곳에 설치함으로서, 압축기의 원활한 오일급유 및 입력손실 저감과 실린더 내면과 롤러 외경사이의 틈새를 통한 냉매가스누설에 의한 체적효율 저하를 방지하도록 하는데 목적이 있다.
도 1 은 일반적인 로타리 압축기를 나타낸 것으로서,
(가)는 단면도.
(나)는 (가)의 A-A'부 단면도.
도 2 의 (가)(나)는 롤러에 가해지는 힘 및 베어링 반력을 나타낸 도면.
도 3 은 종래 냉매의 회전각도에 따른 압력을 나타낸 도면.
도 4 는 베어링의 오일그루브 형성을 나타낸 것으로서,
(가)는 메인베어링 단면도.
(나)는 서브베어링 단면도.
도 5 는 베어링의 유막압력분포를 나타낸 것으로서,
(가)는 메인베어링에서의 냉매별 분포도.
(나)는 서브베어링에서의 냉매별 분포도.
도 6 은 종래 및 본발명의 Set Clearance를 나타낸 것으로서,
(가)는 종래 위치도.
(나)는 본발명의 위치도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
1 : 밀폐용기 2 : 로터
3 : 스테이터 4 : 실린더
5 : 흡입실 6 : 압축실
7 : 롤러 8 : 스프링
9 : 베인 10: 축(SHAFT)
11 : 메인베어링 12: 서브베어링
13 : 흡입파이프 15,16 : 오일그루브(Groove)
본 발명을 첨부도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
본 발명은 종래의 압축기와 구성과 원리는 동일하나 토출개시각 변동에 의한 베어링 내 유막 발생 영역 위치 변동을 고려하여 메인베어링(11)과 서브베어링(12)의 오일그루브(15,16)의 위치를 R22용 압축기의 오일그루브 위치보다 약 10∼15°전에 설치하였다.
즉, 본 발명의 로타리압축기에 적용되는 냉매인 R410a는 R22냉매보다 차압이 55%나 크고 토출개시각이 빠르므로, 회전축과 메인,서브베어링(11,12) 사이의 안정된 윤활상태를 확보할수 있고, 안정된 오일급유 및 유막을 파괴하지 않도록 하는 역할을 하게 된다.
또한, 차압 증가에 의한 냉매가스의 누설 발생을 최대한 억제하기 위하여 실린더(4) 내면과 롤러(7) 외주간에 맞춰진 최소조립틈새의 위치를 토출개시각이 빨라진 만큼 도 6의 (나)에 도시된 바와같이 R22용 압축기의 최소조립틈새 각도보다 약 15°가 빠른 위치에 Set Clearance를 맞춘 것이다.
이상 설명한 바와같이 본 발명은 오일 유막파괴에 의한 회전축과 베어링 사이의 금속 접촉등, 베어리 소부의 원인을 방지할 수 있어 신뢰성 확보가 가능하고, 금속접촉에 의한 소음발생을 억제하며, 실린더 내면과 롤러 외주면 사이의 냉매가스 누설을 최대한 억제함으로 체적 효율을 향상시켜 결과적으로 압축기의 성능향상을 도모할 수 있는 것이다.

Claims (4)

  1. 밀폐용기(1)내에 전동요소인 회전자(2)와 고정자(3)로 구성되며, 상기 회전자(2)에 열박음되어 회전자(2)의 회전과 함께 실린더(4)내의 압축실(6)에서 편심회전하는 축(10)과, 상기 축(10)의 상부와 하부를 지지하는 메인베어링(11) 및 서브베어링(12)과, 상기 축(10)에 접동하여 자전하는 롤러(7)와, 상기 롤러(7)의 외주에 압접되어 스프링(8)의 탄성력에 지지되며 직선왕복운동 하는 베인(9)과, 상기 실린더(4)내로 냉매가스의 유입 통로가 되는 흡입파이프(13)로 이루어지는 로타리압축기에 있어서,
    상기 메인베어링 및 서브베어링에 형성되는 오일그루브(15,16)의 위치는 R22용 압축기의 오일그루브의 위치보다 10∼15°전에 형성시킴을 특징으로 하는 대체냉매용 로타리압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더(4) 내면과 롤러(7) 외주면 사이의 롤러 회전구간에 존재하는 최소 조립틈새(Set Clearance)의 위치가 R22용 압축기의 최소 조립틈새보다 약 15°빠른곳에 위치시킴을 특징으로 하는 대체냉매용 로타리압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메인베어링 및 서브베어링의 오일그루브 시작위치는 베인을 기준으로 압축실측의 25∼30°위치에 형성됨을 특징으로 하는 대체냉매용 로타리압축기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 실린더 내면의 최소 조립틈새의 위치는 베인을 기준으로 압축실측의 100∼110°위치에 위치시킴을 특징으로 하는 대체냉매용 로타리압축기.
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