KR100317373B1 - 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조에 관한 것으로, 본 발명은 압축공간이 형성된 실린더에 베인 슬롯을 형성하고 상기 베인 슬롯에 상기 압축공간에서 편심 회전하는 롤링 피스톤과 접촉되어 롤링 피스톤의 회전에 따라 압축공간을 흡입실과 압축실로 변환시키는 베인을 삽입하며 강성이 다른 고 강성부와 저 강성부를 구비하여 이루어져 다중 탄성력으로 베인을 지지하는 탄성지지부재를 결합하도록 구성하여 압축기의 초기 운전시 또는 정상 운전시 베인의 관성력과 그 베인을 지지하는 탄성지지부재의 동적 강성사이의 불균형으로 인하여 베인이 롤링 피스톤의 접촉면에 충돌하는 베인 점핑 현상이 발생하는 것을 방지함으로써 이상 소음이 발생하는 것을 억제할 수 있도록 한 것이다.

Description

밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조{STRUCTURE FOR SUPPORTING VANE ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 회전식 압축기에 관한 것으로, 특히 실린더 압축공간에서 편심 회전하는 롤링 피스톤을 지지하는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 회전식 압축기는, 도 1a, 1b에 도시한 바와 같이, 소정의 내부체적을 갖는 밀폐용기(1)와, 상기 밀폐용기(1) 내부에 설치되어 구동력을 발생시키는 전동기구부와, 상기 전동기구부의 구동력을 전달받아 냉매가스를 압축하는 압축기구부로 구성된다.

상기 전동기구부는 밀폐용기(1)내에 고정 결합되는 고정자(2)와, 상기 고정자(2)의 내부에 삽입되어 회전하는 회전자(3)를 포함하여 구성된다.

상기 압축기구부는 소정의 길이를 갖도록 형성됨과 아울러 그 일측에 편심부(4a)가 형성되어 상기 회전자(3)의 내경에 압입된 회전축(4)과, 가스가 흡입되고 압축되는 압축공간(P)이 구비되어 밀폐용기(1)의 내부에 설치됨과 아울러 그 압축공간(P)에 상기 회전축의 편심부(4a)가 삽입되는 실린더(5)와, 상기 회전축(4)에 삽입됨과 아울러 실린더(5) 상,하부(도면상)에 볼트(6)의 체결에 의해 각각 결합되어 회전축(4)을 지지하는 상,하부 베어링(7)(8)과, 상기 실린더(5)의 압축공간(P) 내주면에 선접촉되도록 회전축의 편심부(4a)에 삽입되어 회전축(4)의 회전에 따라 자전 및 공전하는 롤링 피스톤(9)과, 상기 실린더(5)에 직선운동 가능하도록 삽입되어 그 단부가 상기 롤링 피스톤(9)의 외주면과 슬라이딩 접촉되면서 실린더 압축공간(P)을 흡입실(a)과 압축실(b)로 변환시키는 베인(10)을 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 실린더(5)에 압축공간(P)내로 가스가 흡입되는 흡입구((5a)가 형성됨과 아울러 압축공간(P)에서 압축된 냉매가스가 토출되는 토출포트(5b)가 형성되고 상기 상부베어링(7)에 상기 토출포트(5b)와 연통되도록 토출공(미도시)이 형성된다.

또한 상기 밀폐용기(1)에 가스가 흡입되고 토출되는 흡입관(11) 및 토출관(12)이 결합되며 상기 밀폐용기(1)의 저면에 오일이 채워져 있다.

미설명 부호 13은 토출밸브이며, 14는 리테이너이고, 15는 소음기이다.

상기한 바와 같은 압축기는 전원이 인가되면 전동기구부를 구성하는 회전자(3)가 회전하면서 회전축(4)을 회전시키게 되고 상기 회전축(4)의 회전에 의해 회전축의 편심부(4a)에 결합된 롤링 피스톤(9)이 베인(10)과 접촉된 상태에서 실린더 압축공간(P)에서 편심 회전하게 된다. 상기 롤링 피스톤(9)의 편심 회전에 의한 실린더 압축공간(P)의 체적변화로 저온저압의 냉매가스가 흡입관(12)과 흡입구(5a)를 통해 실린더 압축공간(P)으로 흡입되어 고온고압의 상태로 압축되며 그 압축된 고온고압의 냉매가스는 토출포트(5b) 및 토출공을 통해 토출되고 그 토출된 냉매가스는 밀폐용기(1)의 상부에 설치된 토출관(12)을 통해 밀폐용기(1)외부로 토출된다.

한편, 상기 실린더의 압축공간(P)을 흡입실(a)과 압축실(b)로 변환시키는 베인(10)은 실린더(5)에 형성된 베인 슬롯(5c)에 삽입되고 그 베인 슬롯(5c)에 삽입된 베인(10)은 베인 스프링(16)에 의해 탄성 지지되어 그 일단이 롤링 피스톤(9)과 탄성 접촉된다.

상기 회전축의 편심부(4a)에 삽입되어 편심 운동하는 롤링 피스톤(9)의 움직임에 따라 베인(10)이 작동하는 과정을 보다 상세하게 설명하면 먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 압축된 가스가 토출되는 토출 행정이 끝나서 편심부(4a)의 장경선(L)이 토출포트(5b)를 지나 베인(10)과 동일 선상에 위치하게 되면 베인(10)이 실린더(5) 내측으로 최대 이동한 상태가 됨과 아울러 베인(10)을 지지하는 베인 스프링(16)이 최대 압축된 상태가 된다. 그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 편심부(4a)가 회전하여 흡입구를 지나 흡입과 압축이 동시에 진행되는 상태로 편심부(4a)의 장경선(L)이 베인(10)과 동일 선상에 위치하게 되면, 즉 편심부(4a)의 장경선 포인트(d)가 베인(10)과 반대 위치에 이르게 되면 베인(10)이 압축공간(P)측으로 점점 이동하여 최대 이동한 상태가 됨과 아울러 베인(10)을 지지하는 베인 스프링(16)이 최대로 이완된 상태가 된다. 그리고 편심부(4a)가 회전하여 압축 행정과 토출 행정이 진행되는 과정에서는 베인(10)이 실린더(5) 내측으로 이동하게 된다. 이와 같이 회전축의 편심부(4a)가 회전함에 따라 그 편심부(4a)에 결합된 롤링 피스톤(9)과 그에 접촉된 베인(10)의 상대 운동으로 베인(10)이 베인 슬롯(5c)내에서 직선 왕복 운동하게 된다.

그러나 상기한 바와 같이 베인 스프링(16)에 의해 지지되어 베인 슬롯(5c)에서 직선 왕복 운동하는 베인(10)은 압축기의 운전시 베인(10)의 양측에 위치하는 흡입실(a)과 압축실(b)의 압력차에 의해 움직임이 불안정하게 되며 특히 압축기의 초기 운전시 더 불안정한 상태로 움직이게 된다. 이로 인하여 베인(10)의 관성력과베인 스프링(16)의 동적 강성사이의 불균형으로 인하여 베인(10)과 롤링 피스톤(9)의 접촉면이 충돌하는 베인 점핑 현상이 발생되며 그 베인 점핑 현상으로 회전축이 고속으로 회전할 때 이상 소음을 발생시키게 될 뿐만 아니라 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 베인(10)을 지지하는 베인 스프링(16)의 강성을 증가시키는 방법이 있으나 이는 자유장을 확보하기 위한 공간이 부족하고 베인 스프링(16)을 압축하는 데 필요한 힘이 증가하게 됨으로써 압력 증가로 인하여 효율이 저하시키게 된다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 실린더의 압축공간을 흡입실과 압축실로 변환시키는 베인의 작동을 원활하게 하여 베인과 롤링 피스톤의 접촉면사이의 충돌을 방지할 수 있도록 한 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조를 제공함에 있다.

도 1a,1b는 일반적인 밀폐형 회전식 압축기를 도시한 정단면도 및 평단면도,

도 2,3은 종래 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조의 작동상태를 도시한 평면도,

도 4a,4b,4c는 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조가 구비된 압축기의 정단면도 및 평단면도 그리고 부분 단면도,

도 5,6은 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기 베인 지지구조의 다른 실시예를 도시한 평면도,

도 7,8은 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기 베인 지지구조의 작동상태를 도시한 평면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

9 ; 롤링 피스톤 20 ; 실린더

23 ; 베인 슬롯 30 ; 탄성지지부재

31 ; 고 강성부 32 ; 저 강성부

P ; 압축공간 a ; 흡입실

b ; 압축실

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 압축공간이 형성된 실린더에 베인 슬롯을 형성하고 상기 베인 슬롯에 상기 압축공간에서 편심 회전하는 롤링 피스톤과 접촉되어 롤링 피스톤의 회전에 따라 압축공간을 흡입실과 압축실로 변환시키는 베인을 삽입하며 강성이 다른 고 강성부와 저 강성부를 구비하여 이루어져 다중 탄성력으로 베인을 지지하는 탄성지지부재를 결합한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 4a, 4b, 4c는 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조의 일예를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 밀폐형 회전식 압축기는 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 압축하는 압축기구부로 구성되며, 상기 압축기구부를 구성하는 회전축(4)은 소정의 길이를 가지며 그 일측에 편심부(4a)가 형성되고 전동기구부의 회전자(3)에 압입된다. 그리고 회전축(4)의 편심부(4a)는 실린더(20)의 압축공간(P)내에 위치함과 아울러 그 편심부(4a)에 롤링 피스톤(9)이 삽입된다. 상기 실린더(20)에 압축공간(P)내로 가스가 흡입되는 흡입구(21)가 형성되고 그 측부에 압축공간(P)에서 압축된 가스가 토출되는 토출포트(22)가 형성된다. 그리고 토출포트(22)와 흡입구(21)사이에 위치하도록 실린더(20)에 일정 폭을 갖는 베인 슬롯(23)이 형성되고 그 베인 슬롯(23)에 베인(10)이 삽입되며 아울러 그 베인(10)의 끝이 압축공간(P)에 위치하는 롤링 피스톤(9)에 선접촉된다. 그리고 상기 베인 슬롯(23)내에 강성이 다른 고 강성부(31)와 저 강성부(32)를 구비하여 이루어진 탄성지지부재(30)가 베인(10)을 지지하도록 삽입된다.

상기 탄성지지부재(30)는 소정의 길이를 갖는 코일 스프링 형태로 형성되며 그 일부분은 고 강성부(31)를 이루고 다른 부분은 저 강성부(32)를 이루며 상기 고 강성부(31)의 와이어 직경이 상기 저 강성부(32)의 와이어의 직경보다 크게 형성된다. 상기 탄성지지부재(30)의 저 강성부(32)가 베인(10)에 접촉 지지되며 고강성부(31)가 실린더(20)가 결합되는 밀폐용기(1)의 내면에 접촉 지지된다. 한편 상기 탄성지지부재(30)의 다른 결합 형태로 그 고 강성부(31)가 베인(10)에 접촉 지지되고 저 강성부(32)가 밀폐용기(1)내면에 접촉 지지된다.

상기 탄성지지부재(30)의 다른 실시예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 코일 스프링 형태로 형성되며 그 코일 스프링의 고 강성부(31)가 저 강성부(32)보다 단위 길이당 턴수가 많도록 형성된다. 상기 탄성지지부재(30)의 저 강성부(32)가 베인(10)에 접촉 지지되며 고 강성부(31)가 밀폐용기(1)의 내면에 접촉 지지된다. 한편 상기 탄성지지부재(30)의 다른 결합 형태로 고 강성부(31)가 베인(10)에 접촉 지지되며 저 강성부(32)가 밀폐용기(1)의 내면에 접촉 지지된다.

상기 탄성지지부재(30)의 또 다른 실시예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 코일 스프링 형태로 형성되며 그 코일 스프링의 고 강성부(31)가 저 강성부(32)보다 재질의 강도가 높은 재료로 형성되고 저 강성부(32)는 고 강성부(31)보다 상대적으로 재질의 강도가 낮은 재료로 형성된다.

이하, 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가되어 전동기구부를 구성하는 회전자(3)가 회전하면서 회전축(4)을 회전시키게 되면 그 회전축(4)의 회전에 의해 회전축(4)의 편심부(4a)에 결합된 롤링 피스톤(9)이 베인(10)과 접촉된 상태로 실린더 압축공간(P)에서 편심 회전하게 된다. 상기 롤링 피스톤(9)이 편심 회전함에 따라 베인(10)에 의해 압축공간(P)이 흡입실(a)과 압축실(b)로 변환되면서 흡입구(21)로 흡입된 가스가 압축되어 토출포트(22)를 통해 토출된다. 이 과정에서 베인(10)은 탄성지지부재(30)에 의해 다중 탄성력으로 지지되면서 베인 슬롯(23)내에서 직선 왕복운동하게 된다.

상기 베인(10)이 직선 왕복 운동하는 과정을 보다 상세하게 설명하면 먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전축 편심부(4a)의 장경선이 토출포트를 지나 베인(10)과 동일 선상에 위치하게 되면 베인(10)이 실린더(20) 내측으로 최대 이동한 상태(상사점)가 됨과 아울러 베인(10)을 지지하는 탄성지지부재(30)가 최대 압축된 상태가 된다. 이때 상기 탄성지지부재(30)는 고 강성부(31)와 저 강성부(32)가 모두 압축된 상태로 고 강성부(31)와 저 강성부(32)의 탄성력이 모두 작용하여 베인(10)을 지지하게 된다. 그리고, 도 8에 도시한 바와 같이, 편심부(4a)가 회전하여 흡입구(21)를 지나 흡입과 압축이 동시에 진행되는 상태로 편심부(4a)의 장경선(L)이 베인(10)과 동일 선상에 위치하게 되면, 즉 편심부(4a)의 장경선단(d)이 베인(10)과 반대 위치에 이르게 되면 베인(10)이 압축공간(P)측으로 점점 이동하여 최대 이동한 상태(하사점)가 됨과 아울러 베인(10)을 지지하는 탄성지지부재(30)가 최대로 이완된 상태가 된다. 이때 탄성지지부재(30)의 고 강성부(31)는 완전 이완상태가 되어 탄성력이 작용하지 않은 상태가 되고 저 강성부(32)만의 탄성력이 작용하여 베인(10)을 지지하게 된다. 그리고 편심부(4a)가 회전하여 압축 행정과 토출 행정이 진행되는 과정에서는 베인(10)이 실린더(20) 내측으로 이동하게 되며 이과정에서 탄성지지부재(30)는 일정 영역에서 저 강성부(32)의 탄성력이 작용하여 베인(10)을 지지하게 되며 그 이상의 영역에서는 저 강성부(32) 및 고 강성부(31)의 탄성력이 작용하여 베인(10)을 지지하게 된다. 이와 같이 회전축(4)의편심부(4a)가 회전함에 따라 그 편심부(4a)에 결합된 롤링 피스톤(9)과 그에 접촉된 베인(10)의 상대 운동으로 베인(10)이 베인 슬롯(23)내에서 직선 왕복 운동하게 된다. 이때 베인(10)이 상사점을 지나 하사점으로 이동하는 시점 및 하사점을 지나 상사점으로 이동하는 과정에서는 탄성지지부재(30)의 저 강성부(32) 탄성력에 의해 지지되며, 베인(10)이 상사점 부근으로 이동하면서 베인(10)의 관성력에 따라 이탈이 진행되는 구간에서는 베인(10)이 탄성지지부재(30)의 고 강성부(31) 탄성력에 의해 롤링 피스톤(9)에 강하게 밀착되므로 베인(10)의 관성력과 탄성지지부재(30)의 동적 강성사이의 불균형에 의한 베인 점핑 현상이 발생하게 되는 것을 방지하게 된다. 즉, 베인(10)에 적은 압력이 작용하는 영역에서는 탄성지지부재(30)의 저 강성부(32)의 탄성력에 의해 지지되고 베인(10)이 큰 압력이 작용하는 영역에서는 탄성지지부재(30)의 고 강성부(31)의 탄성력에 의해 지지되어 베인 점핑 현상을 방지하게 된다.

본 발명은 베인(10)이 롤링 피스톤(9)의 접촉면에 충돌하는 베인 점핑 현상을 방지하게 되므로 압축기의 초기 운전시나 고속으로 운전시 소음 발생을 최소화하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조는 압축기의 초기 운전시 또는 정상 운전시 베인의 관성력과 그 베인을 지지하는 탄성지지부재의 동적 강성사이의 불균형으로 인하여 베인이 롤링 피스톤의 접촉면에 충돌하는 베인 점핑 현상이 발생되는 것을 방지하게 됨으로써 이상 소음이 발생되는 것을 최소화하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 압축공간이 형성된 실린더에 베인 슬롯을 형성하고 상기 베인 슬롯에 상기 압축공간에서 편심 회전하는 롤링 피스톤과 접촉되어 롤링 피스톤의 회전에 따라 압축공간을 흡입실과 압축실로 변환시키는 베인을 삽입하며 강성이 다른 고 강성부와 저 강성부를 구비하여 이루어져 다중 탄성력으로 베인을 지지하는 탄성지지부재를 결합한 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성지지부재는 코일 스프링 형태로 형성되어 그 고 강성부는 와이어의 직경이 크고 저 강성부는 상기 고 강성부보다 상대적으로 와이어의 직경이 작은 것으로 형성됨을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조.
3. 제1항에 있어서, 상기 탄성지지부재는 코일 스프링 형태로 형성되어 그 고 강성부가 저 강성부보다 단위 길이당 턴수가 많은 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 지지구조.