KR100309292B1 - 반켈 압축기의 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매 가스 등을 압축하는 반켈 압축기에 관한 것으로서, 특히 실린더의 하이포트로코이드 궤적을 변경하여 압축 운동의 안정성을 확보함과 아울러 압축 성능이 향상될 수 있도록 한 반켈 압축기의 실린더에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은, 피스톤의 로우브가 접촉되면서 압축 운동이 실현되도록 궤적면이 형성되고, 상기 궤적면상에는 상기 피스톤에 밀착되도록 베인이 돌출되게 설치되어 있는 반켈 압축기의 실린더에 있어서, 상기 궤적면 중 피스톤의 이동 방향인 베인의 앞쪽면은 상기 피스톤의 로우브가 상기 베인에 완만하게 접촉될 수 있도록 상기 베인의 끝단 방향을 향하여 곡면으로 더 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하고, 상기 로우브의 궤적면 중 피스톤의 이동 방향인 베인의 뒤쪽면은 상기 피스톤의 로우브가 상기 베인을 통과하면서 궤적면에 완만하게 접촉될 수 있도록 곡면 형상으로 더 파여진 모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

반켈 압축기의 실린더{The cylinder of Wankel compressor}

본 발명은 냉매 가스 등을 압축하는 반켈 압축기에 관한 것으로서, 특히 실린더의 하이포트로코이드 궤적을 변경하여 압축 운동의 안정성을 확보함과 아울러 압축 성능이 향상될 수 있도록 한 반켈 압축기의 실린더에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기에는 냉매를 압축 순환시키는 압축기가 설치된다. 그 중에서도 최근에 개발되고 있는 반켈 압축기(Wankel compressor)는 구동부에 연결된 축과 편심되도록 설치된 피스톤에 복수개의 로우브(Lobe)가 형성되고 피스톤이 하이포트로코이드(Hypotrochoid) 또는 에피트로코이드(epitrochoid) 곡면으로 이루어진 실린더 내면을 따라 궤적운동을 하면서 냉매를 압축시키게 된다.

본 출원인도 출원번호'10-1999-0029268'에 토출밸브가 없는 무토출밸브 반켈 압축기를 기술한 바 있다.

도 1은 상기한 선출원 발명에 의한 반켈 압축기의 정단면도이고, 도 2는 반켈 압축기의 실린더 평단면도이며, 도 3은 반켈 압축기의 작동 상태도이다.

선출원 발명의 반켈 압축기는 어큐뮬레이터(60)로부터 저압의 냉매가 흡입되는 흡입구(50b)와, 흡입된 냉매가 압축되어 토출되는 토출구(50a)가 형성된 케이스(50)가 구비되고, 이 케이스(50)내에는 구동부와 압축부가 구성된다.

상기 구동부는 구동력을 형성하기 위하여 상기 케이스(50)의 내에 고정된 고정자(51)와, 상기 고정자(51)의 내측에 설치되어 전원이 공급되면 전자기력에 의해 회전되는 회전자(52)와, 상기 회전자(52)의 중앙부에 압입되어 상기 회전자(52)와함께 회전되는 축(53)으로 구성된다.

그리고, 상기 압축부는 상기 축(53)의 하부에 편심되도록 설치되고 회전에 의해 상기 케이스(50)의 흡입구(50b)로 흡입된 저압의 냉매를 압축시키는 피스톤(57)과, 상기 피스톤(57)의 회전에 의해 냉매가 압축될 수 있도록 실린더실이 형성되고 냉매가 흡입되는 흡입구(56a)와 토출되는 토출구(56b)가 형성된 실린더(56)와, 상기 피스톤(57)의 회전방향을 기준으로 할 때 상기 실린더(56)의 토출구(56b) 후방에 압축실과 흡입실이 분리되도록 상기 피스톤(57)의 외측에 항상 접하도록 설치된 베인(58)과, 상기 베인(58)이 상기 피스톤(57)에 접하도록 탄성력을 제공하는 스프링(59)과, 상기 실린더(56)의 상하부에 상기 축(53)을 감싸도록 설치된 상하부 베어링(54,55)으로 구성된다.

여기서, 상기 피스톤(57)은 세 개의 로우브(57a)가 형성되어 있고, 상기 실린더(56)에는 두 개의 흡입구(56a)와 토출구(56b)가 형성된다. 그리고 상기 실린더(56)의 흡입구(56a)는 실린더(56)의 반경 측에 가공되거나 도 2에 도시된 바와 같이 상하부 베어링(54,55) 측에 가공될 수 있다.

상기와 같이 구성된 반켈 압축기의 동작을 도 3을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 3의 (a)는 상기 피스톤(57)에 형성된 세 개의 로우브중에 하나의 로우브(57a)가 베인(58)에 접하고 있고 X부분에 냉매가 충만되어 흡입이 완료된 상태이다. 이와 같은 상태에서 상기 피스톤(57)이 도 3의 (b)와 같이 시계반대방향으로 회전하면 X부분이 상기 피스톤(57)의 회전에 의해 그 체적이 감소되어 그 부분의 냉매가 압축되기 시작한다.

도 3의 (b)의 상태에서 상기 피스톤(57)이 더 회전하게 되면, 도 3의 (c)와 같이 상기 피스톤(57)의 로우브(57a)가 상기 실린더(56)의 토출구(56b)를 통과하면서 X부분의 압축된 냉매가 상기 실린더(56)의 토출구(56b)를 통하여 토출된다.

여기서, 압축된 냉매가 모두 토출될 때까지 상기 베인(58)이 상기 피스톤(57)에 접하고 있기 때문에 상기 실린더(56)의 흡입구(56a)를 통하여 흡입되는 냉매와 토출되는 냉매가 완전히 분리되게 된다. 즉, 냉매의 압축실과 흡입실이 완전히 분리되게 되는 것이다.

도 3의 (d)는 도 3의 (a)와 같은 상태로서 X부분의 냉매는 거의 토출되고, 다시 X'부분에 냉매의 흡입이 완료된 상태이다. 상기와 같이 기 피스톤(57)이 계속 회전하게 되면 흡입과 토출이 두 곳에서 연속적으로 일어나면서 냉매를 압축한 다음 토출하게 된다.

한편, 상기한 바와 같은 선출원 발명을 포함한 반켈 압축기에는 도 4에 상세히 도시된 바와 같이 피스톤(57)의 로우브(57a) 끝단에 스프링(57c)과 스틸 실(steel seal; 57b)로 이루어진 밀착 수단이 설치되어 있고, 이 밀착 수단이 실린더(56)의 궤적면 및 베인(58)에 접촉되면서 이동하여 유체를 압축하게 된다.

그러나, 상기한 바와 같은 반켈 압축기는 실린더(56) 내벽이 하이포트로코이드(Hypotrochoid)형상의 궤적으로 형성되어 있고, 이 궤적면상에 베인(58)이 돌출되어 있기 때문에 피스톤(57)이 실린더의 궤적면을 따라 압축 운동을 할 때 로우브(57a) 부분인 스틸 실(57b)과 베인(58)이 서로 충돌할 수 있는 문제점이 있다.

이와 같은 스틸실(57b)과 베인(58)의 충돌은 피스톤(57)의 궤적 이동에 간섭을 초래하게 되어 압축기 작동시 운동의 불안정성을 유발하게 되고, 마찰 손실을 크게 하여 압축기의 성능 저하를 초래하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피스톤이 실린더의 궤적을 따라 운동할 때 베인과 충돌하지 않도록 궤적을 변경함으로써 피스톤의 운동 안정성을 확보함과 아울러 마찰 손실을 줄여 압축기의 성능 향상을 도모하는 반켈 압축기의 실린더를 제공하는 데 있다.

도 1은 선출원 발명의 반켈 압축기의 정단면도,

도 2는 선출원 발명의 반켈 압축기의 실린더 평단면도,

도 3은 선출원 발명의 반켈 압축기의 작동 상태도,

도 4는 도 2의 'A'부분 상세도,

도 5는 본 발명에 따른 반켈 압축기가 도시된 실린더 평단면도,

도 6은 도 5의 'B'부분 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

5 : 회전축 10 : 실린더

10a : 궤적면 10b : 외곡면

10c : 내곡면 11 : 흡입구

12 : 토출구 20 : 피스톤

21 : 로우브 22 : 스틸실

23 : 스프링

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 반켈 압축기의 실린더는, 피스톤의 로우브가 접촉되면서 압축 운동이 실현되도록 궤적면이 형성되고, 상기 궤적면상에는 상기 피스톤에 밀착되도록 베인이 돌출되게 설치되어 있는 반켈 압축기의 실린더에 있어서, 상기 궤적면 중 피스톤의 이동 방향인 베인의 앞쪽면은 상기 피스톤의 로우브가 상기 베인에 완만하게 접촉될 수 있도록 상기 베인의 끝단 방향을 향하여 곡면으로 더 돌출되게 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 로우브의 궤적면 중 피스톤의 이동 방향인 베인의 뒤쪽면은 상기 피스톤의 로우브가 상기 베인을 통과하면서 궤적면에 완만하게 접촉될 수 있도록 곡면 형상으로 더 파여진 모양으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 따른 반켈 압축기의 실린더가 도시된 평단면도이고, 도 6은 도 5의 'B'부분 상세도이다.

본 발명에 따른 반켈 압축기의 압축부는 도 5에 도시된 바와 같이 냉매가 흡입되는 흡입구(11)와 토출되는 토출구(12)가 형성된 실린더(10)와, 상기 실린더(10) 내에서 회전축(5)에 편심되게 설치되어 냉매를 압축시키는 피스톤(20)과, 상기 피스톤(20)의 회전방향을 기준으로 할 때 상기 실린더(10)의 토출구(12) 바로 후방쪽에 돌출되게 설치되어 상기 피스톤(20)에 밀착되는 베인(30)과, 상기 베인(30)이 상기 피스톤(20)에 항상 밀착되도록 탄성력을 제공하는 스프링(35)으로 구성된다.

상기 실린더(10)는 그 내부에 하이포트로코이드(Hypotrochoid) 형상의 궤적면(10a)이 형성되고, 상기 피스톤(20)은 궤적면(10a)을 따라 이동하면서 냉매를 압축토록 세 개의 로우브(21)가 형성된다.

상기 피스톤(20) 로우브(21)에는 도 6에서와 같이 스프링(23)과 스틸실(22)로 이루어진 밀착 수단이 설치되어 상기 스틸실(22)이 실린더(10)의 궤적면(10a)에 접촉되면서 회전하여 유체를 압축하게 된다.

특히 본 발명에서는 상기 실린더(10)의 궤적면(10a) 중 피스톤(20)의 이동 방향인 베인(30)의 앞쪽면은 상기 피스톤(20)의 스틸실(22)이 상기 베인(30)에 완만하게 접촉되면서 이동할 수 있도록 상기 베인의 끝단 방향을 향하여 곡면으로 더돌출된 외곡면(10b)이 형성된다.

상기 외곡면(10b)은 하이포트로코이드 형상의 궤적면(10a)으로부터 피스톤(20)의 로우브(21)가 이동될 때 걸림감이 형성되지 않도록 완곡한 라운드 형상으로 점차 돌출되게 형성된다.

그리고, 상기 궤적면(10a) 중 상기 베인(30)의 뒤쪽면은 상기 피스톤의 로우브(21)가 상기 베인(30)을 통과하면서 다시 궤적면(10a)에 완만하게 접촉될 수 있도록 곡면 형상으로 더 파여진 내곡면(10c)이 형성된다.

상기 내곡면(10c)은 궤적면(10a)에서 더 들어간 삭제면 형상을 이루고, 로우브(21)가 이동되어 궤적면(10a)으로 연결되는 부분이 부드럽게 이어질 수 있도록 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 반켈 압축기의 실린더의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도 5를 참고하면, 피스톤(20)에 형성된 세 개의 로우브(21)가 실린더(10)의 궤적면(10a)을 따라 회전하면서 흡입구(10a)를 통해 유입된 냉매를 압축한 다음, 압축된 냉매를 토출구(12)를 통해 압축기의 내측으로 토출하게 된다.

여기서, 실린더 궤적면(10a) 중 베인(30)이 설치되어 있는 전후측면에 외곡면(10b)과 내곡면(10a)이 형성되어 있으므로 피스톤(20)의 로우브(21)가 베인(30)에 접촉될 때 충격없이 통과하면서 피스톤 회전 운동의 불안정성이 최소화된 가운데 냉매의 흡입, 압축, 토출 작용을 실현할 수 있게 된다.

즉, 도 6을 참고하면, 피스톤(20)의 로우브(21)가 실린더(10)의 궤적면(10a)을 따라 반시계 방향으로 이동하는 과정에서 베인(30)의 바로 앞쪽에서는 외곡면(10b)이 돌출되게 형성되어 있으므로 피스톤(20)의 스틸실(22)이 일정 정도 내측으로 들어가면서 베인(30)의 끝단부에 걸림감이 최소화된 상태로 접촉을 시작하게 된다.

물론, 상기 베인(30)은 피스톤(20)의 스틸실(22)이 접촉되기 전에 로우브(21)에 접촉되어 눌려져 있는 상태에서 외곡면(10b)을 따라 이동하는 스틸실(22)과 충돌없이 부드럽게 접촉하게 된다.

이후, 상기 피스톤(20)의 스틸실(22)과 베인(30)이 상대운동을 하면서 접촉이 계속되고, 상기 스틸실(22)이 베인(30)을 통과하여 다시 실린더 궤적면(10a)에 접촉될 때는 내측으로 더 들어가게 형성된 내곡면(10c)에 접촉되면서 반시계 방향으로 연속하여 이동하게 된다.

이때 상기 베인(30)은 피스톤(20)에 밀려 내측으로 완전히 들어간 상태에서 피스톤의 스틸실(22)이 내곡면(10c) 쪽으로 이동하게 되나 내곡면(10c)이 상대적으로 내측 방향으로 더 들어가게 형성되어 있기 때문에 내곡면(10c) 시작 부분과의 걸림 저항이 최소화된 상태에서 부드럽게 이동할 수 있게 된다.

따라서, 상기 피스톤(20)의 로우브(21)가 베인(30)을 통과할 때 베인(30)의 앞쪽과 뒤쪽에서 걸림 저항이 거의 발생하지 않기 때문에 피스톤(20)의 회전 운동이 저항없이 연속적으로 원활하게 이루어지면서 냉매의 압축 작동을 실시하게 된다.

한편, 상기한 본 발명의 실시예는 전술한 선출원 발명의 무토출밸브식 반켈압축기를 중심으로 설명하였으나 본 발명은 무토출밸브식 반켈 압축기에만 한정되지 아니하고 모든 반켈식 압축기에 용이하게 적용 가능할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 반켈 압축기의 실린더는 베인이 설치되어 있는 전후측 궤적면에 상대적으로 돌출되거나 파인 외곡면과 내곡면이 형성되어 있기 때문에 피스톤의 로우브가 베인이 설치된 부분을 통과할 때 걸림 저항감이 최소화되어 피스톤 회전 운동의 안정성을 확보할 수 있는 동시에 마찰 손실을 최소화시킬 수 있게 됨으로써 압축기의 성능 향상에 기여할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 피스톤의 로우브가 접촉되면서 압축 운동이 실현되도록 궤적면이 형성되고, 상기 궤적면상에는 상기 피스톤에 밀착되도록 베인이 돌출되게 설치되어 있는 반켈 압축기의 실린더에 있어서,

   상기 궤적면 중 피스톤의 이동 방향인 베인의 앞쪽면은 상기 피스톤의 로우브가 상기 베인에 완만하게 접촉될 수 있도록 상기 베인의 끝단 방향을 향하여 곡면으로 더 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 반켈 압축기의 실린더.
2. 피스톤의 로우브가 접촉되면서 압축 운동이 실현되도록 궤적면이 형성되고, 상기 궤적면상에는 상기 피스톤에 밀착되도록 베인이 돌출되게 설치되어 있는 반켈 압축기의 실린더에 있어서,

   상기 로우브의 궤적면 중 피스톤의 이동 방향인 베인의 뒤쪽면은 상기 피스톤의 로우브가 상기 베인을 통과하면서 궤적면에 완만하게 접촉될 수 있도록 곡면 형상으로 더 파여진 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 반켈 압축기의 실린더.