KR100351150B1 - 밀폐형 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 흡입관과 토출관이 별개로 구비되는 밀폐케이싱과, 상기 밀폐케이싱의 내부에 장착된 전동기구부의 회전자에 결합되어 함께 회전하고 그 상단에 전개시 곡선 형상의 궤적을 갖도록 캠면이 형성되는 회전축과, 상기 밀폐케이싱의 흡입관에 연통되는 흡입구 및 토출관에 연통되는 토출구가 각각 별개로 형성되고 그 흡입구와 토출구 사이에 축방향으로 일정 깊이를 갖는 베인홈이 형성되며 상기 흡입구와 토출구가 모두 연통됨과 아울러 상기한 회전축의 캠면과 함께 하나의 밀폐공간이 형성되는 실린더와, 상기 실린더의 흡입구와 토출구 사이에 배치되어 베인홈에 축방향으로 미끄러지게 삽입되는 동시에 상기 회전축의 캠면에 미끄러지게 압접되어 상기한 회전축의 회전시 축방향으로 왕복운동을 하면서 실린더의 밀폐공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 베인과, 상기 베인을 축방향으로 지지하도록 그 베인의 상단과 이에 대응하는 베인홈의 천정면 사이에 위치하여 베인의 축방향 왕복운동을 지지하는 탄성부재로 구성함으로써, 저용량 냉동사이클 시스템에 적합하고 가공이 용이하며 부품수가 감소되는 효과가 있다.

Description

밀폐형 압축기{ENCLOSED COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 저용량 압축기를 필요로 하는 시스템에 적합한 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로 유체를 압축시키는 방식에 따라 크게 왕복동식 압축기, 스크롤식 압축기, 원심식 압축기(터보식 압축기라고도 함), 회전식 압축기(베인식 압축기라고도 함) 등으로 구분된다. 이 중에서 회전식 압축기는 피스톤의 직선운동을 이용하는 왕복동식 과는 달리 회전체를 이용하여 유체를 흡입 압축시켜 토출시키게 된다.

상기 회전식 압축기의 전형(典型)은 원형 실린더의 내주면에 선접촉하도록 롤링피스톤을 회전축의 편심부에 결합시킴과 아울러 상기 실린더의 내부공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 동시에 상기 롤링피스톤의 궤적에 따라 평면상에서 왕복운동을 하는 베인을 상기한 롤링피스톤의 외주면에 접동 가능하도록 설치하여 유체를 흡입 압축하여 토출시키는 방식이 주로 알려져 왔다.

이러한 전형적인 회전식 압축기는 회전축이 한 번 회전할 때마다 한 번씩만 압축행정을 수행하게 되어 비효율적일 뿐만 아니라, 상기 회전축이 편심 회전하게 되어 부재간 긁힘 등으로 인한 신뢰성 저하 및 편심부로 인한 사체적의 증가, 그리고 압축유체가 하나의 토출포트를 통해 일시에 토출되므로 토출소음이 증가하게 되는 등의 여러 문제점이 있었다.

이에 본 출원인이 1999년 10월 1일자(출원번호 99-42381호)로 출원한 "압축기"는 실린더(1)의 내부공간을 제1 공간과 제2 공간으로 구획하되 그 두 공간이 각각의 베인(2A)(2B)에 의해 흡입영역과 압축영역으로 전환되도록 하여 유체를 흡입 압축 토출시키는 구획판(3)을 회전축(4)에 결합 또는 일체로 형성함으로써 회전축(4)이 한 번 회전할 때마다 두 번의 압축행정이 수행되도록 하는 것으로, 이를 도 1에 도시하였다.

그러나, 상기와 같은 선출원된 압축기는 다른 회전식 압축기가 가지는 비효율성, 편심회전에 의한 신뢰성 저하, 사체적의 증가 등 여러 문제점들을 해소하는 것이기는 하나, 이 압축기는 두 개의 압축실을 갖게 되어 고용량 압축기가 요구되는 시스템에 적합할 뿐만 아니라 각각의 부품들(예를 들어 베인, 탄성부재, 밸브부재...)이 두 개씩 필요하게 되고 또 상기 구획판(3)의 양면을 모두 정밀하게 가공하여야 하므로 제작상 난해하게 되므로 이러한 점들을 고려하여 저용량이면서 부품수가 적고 또 가공이 용이한 새로운 압축기의 개발이 요구되었다.

본 발명은 상기와 같은 요구들을 감안하여 안출한 것으로, 저용량 냉동사이클 시스템에 적합하고 가공이 용이하며 부품수가 적은 밀폐형 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 밀폐형 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 밀폐형 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 밀폐형 압축기의 압축기구부를 파단하여 보인 분해사시도.

도 4a 및 도 4b는 본 발명 밀폐형 압축기에서 토출개시시점의 상태를 보인 종단면도 및 "Ⅰ-Ⅰ"선단면도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 밀폐형 압축기에서 흡입개시시점의 상태를 보인 종단면도 및 "Ⅱ-Ⅱ"선단면도.

도 6은 본 발명 밀폐형 압축기에서 압축기구부의 변형예를 보인 종단면도.

도 7은 본 발명 밀폐형 압축기에서 압축기구부의 진동을 고려한 다른 변형예를 보인 종단면도.

도 8은 본 발명 밀폐형 압축기에서 저압방식을 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 밀폐케이싱 20 : 회전축

21 : 압축부 21a : 캠면

30 : 실린더 31 : 실린더 몸체

31a : 흡입구 31b : 토출구

31e,32e : 외측 베인슬롯 32 : 실린더 덮개

32a : 안내부 32b : 내측 베인슬롯

32c : 베인홈 32d : 탄성부재 장착홈

40 : 베인 50 : 탄성부재

60 : 밸브부재 Mr : 회전자

Ms : 고정자 SP : 흡입관

DP : 토출관

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입관과 토출관이 별개로 구비되는 밀폐케이싱과, 상기 밀폐케이싱의 내부에 장착된 전동기구부의 회전자에 결합되어 함께 회전하고 그 상단에 전개시 곡선 형상의 궤적을 갖도록 캠면이 형성되는 회전축과, 상기 밀폐케이싱의 흡입관에 연통되는 흡입구 및 토출관에 연통되는 토출구가 각각 별개로 형성되고 그 흡입구와 토출구 사이에 축방향으로 일정 깊이를 갖는 베인홈이 형성되며 상기 흡입구와 토출구가 모두 연통됨과 아울러 상기한 회전축의 캠면과 함께 하나의 밀폐공간이 형성되는 실린더와, 상기 실린더의 흡입구와 토출구 사이에 배치되어 베인홈에 축방향으로 미끄러지게 삽입되는 동시에 상기 회전축의 캠면에 미끄러지게 압접되어 상기한 회전축의 회전시 축방향으로 왕복운동을 하면서 실린더의 밀폐공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 베인과, 상기 베인을 축방향으로 지지하도록 그 베인의 상단과 이에 대응하는 베인홈의 천정면 사이에 위치하여 베인의 축방향 왕복운동을 지지하는 탄성부재를 포함한 밀폐형 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 밀폐형 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 3은 본 발명 밀폐형 압축기의 압축기구부를 파단하여 보인 분해사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 소정의 체적을 갖고 흡입관(SP)과 토출관(DP)이 각각 연통되는 밀폐케이싱(10)과, 상기 밀폐케이싱(10)의 내부에 장착된 전동기구부의 회전자(Mr)에 일체로 결합되는 회전축(20)과, 상기 회전축(20)과 함께 환형으로 형성되어 흡입구(31a)와 토출구(31b)를 갖도록 밀폐공간(S)이 형성되는 실린더(30)와, 상기 실린더(30)의 흡입구(31a)와 토출구(31b) 사이에 배치되어 밀폐공간(S)을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 베인(40)과, 상기 베인(40)의 축방향 왕복운동을 지지하는 탄성수단(50)을 포함하여 구성된다.

상기 회전축(20)은 그 상단에 확장지게 단차진 환형의 압축부(21)가 형성되고, 그 압축부(21)의 상단면은 전개시 정현파 형상의 궤적을 갖도록 캠면(21a)이 형성된다.

상기 실린더(30)는 회전축(20)의 압축부(21)가 얹혀져 지지되는 실린더 몸체(31)와, 그 실린더 몸체(31)의 선단면을 복개하여 상기 회전축(20)의 캠면(21a) 및 실린더 몸체(31)와 함께 상기한 밀폐공간()을 형성하는 실린더 덮개(32)로 이루어진다.

상기 실린더 몸체(31)는 그 상면에 회전축(20)의 압축부(21)가 얹혀져 축방향으로 지지되는 축수홈(31c)이 진원형으로 음각지게 형성되고, 그 축수홈(31c)의 중앙에는 회전축(20)의 축부가 관통되어 반경방향으로 지지되는 축수구(31d)가 형성된다. 상기 축수홈(31c)의 일측에는 밀폐케이싱(10)의 흡입관(SP)과 연통되는 흡입구(31a)가 형성되고, 그 흡입구(31a)와의 사이에 상기한 베인(40)이 개재되어 밀폐케이싱(10)의 토출관(DP)과 연통되는 토출구(31b)가 형성된다. 상기 토출구(31b)의 선단면에는 통상적인 토출밸브(60)가 장착된다. 또한, 상기 실린더 몸체(31)의 축수홈(31c) 내주면에는 후술할 실린더 덮개(32)의 안내부(32a)에 구비되는 내측 베인슬롯(32b)과 함께 베인(40)의 축방향 왕복운동을 안내하는 외측 베인슬롯(31e)이 형성된다.

상기 실린더 덮개(32)는 그 내저면 중앙에 회전축(20)의 압축부(21) 중앙과 삽입 형합되는 안내부(32a)가 형성되고, 그 일측에는 베인(40)이 자유롭게 왕복운동을 하도록 소정 깊이의 베인홈(32c)이 형성되며, 그 베인홈(32c)의 중앙에는 상기한 베인(40)을 탄력 지지하도록 탄성부재(50)가 삽입 장착되는 탄성부재 장착홈(32d)이 형성된다. 또한, 상기 실린더 덮개(32)의 안내부(32a) 일측에는 베인(40)의 내측면이 미끄럼 접촉되도록 삽입되어 전술한 실린더 몸체(31)의 외측 베인슬롯(31e)과 함께 베인(40)의 축방향 왕복운동을 안내하는 내측 베인슬롯(32b)이 형성되고, 상기 베인홈(32c)의 외측면에는 상기한 실린더 몸체(31)의 외측 베인슬롯(31e)과 동일 수직선상에 외측 베인슬롯(32e)이 형성된다.

상기 베인(40)은 전술한 바와 같이 실린더 몸체(31) 및 실린더 덮개(32)의 각 베인슬롯(31e)(32b,32e)에 양측면이 미끄러지게 삽입되어 실린더 덮개(32)의 베인홈(32c)내에서 축방향으로 왕복운동을 하는 것으로, 그 하단면은 회전축(20)의 캠면(21a)에 미끄러지게 압접된다.

상기 탄성부재(50)는 그 일단이 실린더 덮개(32)의 탄성부재 장착홈(32d)에 삽입되어 지지되는 반면 그 타단은 베인(40)의 상단에 지지되는 압축코일 스프링이다.

도면중 미설명 부호인 70은 서브베어링 플레이트이다.

상기와 같은 본 발명 밀폐형 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 전동기구부에 전원이 인가되어 회전자(Mr)가 회전을 하게 되면, 그 회전자(Mr)에 결합된 회전축(20)이 어느 한 방향으로 회전을 하게 되고, 이와 함께 상기 회전축(20)의 캠면에 압접되어 있던 베인(40)이 캠면(21a)을 따라 축방향 왕복운동을 하면서 밀폐공간(S)의 용적을 가변시키게 되며, 이렇게 가변되는 밀폐공간(S)으로 유체가 흡입구(31a)를 통해 동시에 흡입되었다가 회전축(20)의 캠면(21a)의 상사점이 토출개시시점에 도달하는 순간 토출밸브를 열면서 압축된 유체를 토출시키게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 캠면(21a)의 상사점(a)이 토출개시시점(베인을 기준으로 회전방향에 대해 대략 210°지점)에 도달하는 순간 그 상사점(a)에서 베인(40)까지의 회전방향 체적(빗금친 부위)은 압축영역(CS)이 되어 회전축(20)의 회전과 함께 점차 체적이 작아지면서 압축된 유체를 토출시키게 되는 반면, 그 이면인 베인(40)과 상사점(a)까지의 회전방향 체적은 흡입영역(SS)이 된다.

반면 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 캠면(21a)의 상사점(a)이 베인(40)을 지나 흡입구(31a)를 통과할 때까지 베인(40)에서 상사점(a)까지의 회전방향 체적(빗금친 부위)은 지속적으로 흡입영역(SS)이 되어 회전축(20)의 회전과 함께 점차 체적이 커지면서 새로운 유체를 흡입하게 되는 반면, 그 이면인 상사점(a)과 베인(40)까지의 회전방향 체적은 전술한 압축영역(CS)이 된다.

이때, 상기 베인(40)은 그 양측면이 실린더 몸체(31) 및 실린더 덮개(32)에 각각 축방향으로 구비된 베인슬롯(31e)(32b,32e)에 삽입되어 축방향으로 왕복운동을 하게 되는 반면 압축되는 유체는 반경방향(정확하게는, 회전축의 회전방향)으로 밀려나게 되어 그 유체가 베인(40)을 베인슬롯(31e)(32b,32e)의 저압측 벽면에 밀착시키게 되므로 결국 유체가 고압측에서 저압측으로 누설되는 것을 차단할 수 있게 된다.

본 발명의 밀폐형 압축기에서 실린더를 구성함에 있어서는 도 6에 도시된 바와 같이, 실린더 몸체(131)의 상하 양측면에 실린더 상부덮개(132) 및 실린더 하부덮개(133)를 장착하여 구성할 수도 있는데, 이 경우 실린더 몸체(131)의 저면부에 회전축(20)의 캠면(21a)과 함께 밀폐공간을 형성하는 내부공간(131a)을 환형으로 형성하되, 그 일측에 베인(40)의 축방향 왕복운동을 수용하는 베인홈(131b)이 베인의 축방향 운동범위를 고려하여 적정깊이로 형성되고, 그 베인홈(131b)이 수용되는 내부공간(131a)의 내,외측 주면에는 베인(40)의 양측면이 삽입되어 왕복운동을 안내하는 베인슬롯(131c)이 각각 형성된다. 또, 상기 실린더 하부덮개(133)는 회전축(20)의 단차진 압축부(21)를 축방향으로 지지하는 베어링 플레이트의 역할을 하도록 베어링면이 형성된다. 이러한 밀폐형 압축기의 경우에도 그 일반적인 동작은 전술한 일례와 대동소이하다.

또한, 상기와 같은 본 발명의 밀폐형 압축기는 회전축의 상단에 캠면이 구비되어 회전시 일정정도의 진동이 발생하게 되므로, 이를 감안하여 도 7에서는 압축기구부(C)를 밀폐케이싱(10)으로부터 이격시키되 별도의 완충수단(200)을 이용하여 상기한 압축기구부(C)를 탄력 지지하는 예를 도시하였다.

즉, 상기 완충수단(200)은 밀폐케이싱(10)의 내주면 적당개소(통상, 동일 원주상에 4점 지지)에 장착되는 지지브라켓(210)과, 그 각각의 지지브라켓(210)에 일단이 고정되는 반면 압축기구부(C)의 하단에 타단이 고정되는 압축코일 스프링(220)을 이용하여 회전축(20)의 회전시 발생되는 진동을 상쇄시키는 것으로, 이 경우 압축기구부(C)에서 발생되는 진동이 상기 완충수단(200)에 의해 감쇠되므로 압축기 소음이 현저하게 감소되는 효과가 있게 된다.

한편, 상기와 같은 본 발명 밀폐형 압축기의 또다른 변형예는 도 8에 도시된바와 같이, 밀폐케이싱(310)의 내주면에 실린더(330)를 밀착 고정시켜 그 밀폐케이싱(310)을 상반부와 하반부로 구획하고, 상기 밀폐케이싱(310)의 밀폐된 하반부에는 전동기구부(M)를 장착하며, 그 전동기구부(M)가 장착된 밀폐케이싱(310)의 하반부에 흡입관(SP)을 연통하고, 그 흡입관(SP)에 연통되도록 상기 실린더(330)의 흡입구(331)를 밀폐케이싱(310)의 내부공간에 대해 개방되도록 형성하여 소위 저압식 밀폐형 압축기를 구성한 것이다.

이는, 상기 밀폐케이싱(310)의 흡입관(SP)을 통해 흡입되는 저온의 유체가 먼저 전동기구부(M)를 냉각시킨 다음에 실린더(330)의 밀폐공간으로 흡입되었다가 압축되면서 그대로 밀폐케이싱(310)의 토출관(DP)을 통해 토출되므로, 이미 알려진 바와 같이 전동기구부의 효율이 개선되면서 압축기 성능이 향상되는 효과가 있게 된다. 도면중 20은 회전축, 40은 베인, 50은 탄성부재이다.

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 흡입구와 토출구를 갖는 실린더의 내부에 그 실린더와 함께 밀폐공간을 형성하도록 회전축의 상단에 정현파 모양의 캠면을 형성하고, 상기 밀폐공간이 흡입영역과 압축영역으로 양분되도록 상기한 캠면에 압접되는 베인을 축방향으로 왕복되게 설치하여 구성함으로써, 저용량 냉동사이클 시스템에 적합하고 가공이 용이하며 부품수가 감소되는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 흡입관과 토출관이 별개로 구비되는 밀폐케이싱과,

   상기 밀폐케이싱의 내부에 장착된 전동기구부의 회전자에 결합되어 함께 회전하고 그 상단에 전개시 곡선 형상의 궤적을 갖도록 캠면이 형성되는 회전축과,

   상기 밀폐케이싱의 흡입관에 연통되는 흡입구 및 토출관에 연통되는 토출구가 각각 별개로 형성되고 그 흡입구와 토출구 사이에 축방향으로 일정 깊이를 갖는 베인홈이 형성되며 상기 흡입구와 토출구가 모두 연통됨과 아울러 상기한 회전축의 캠면과 함께 하나의 밀폐공간이 형성되는 실린더와,

   상기 실린더의 흡입구와 토출구 사이에 배치되어 베인홈에 축방향으로 미끄러지게 삽입되는 동시에 상기 회전축의 캠면에 미끄러지게 압접되어 상기한 회전축의 회전시 축방향으로 왕복운동을 하면서 실린더의 밀폐공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하는 베인과,

   상기 베인을 축방향으로 지지하도록 그 베인의 상단과 이에 대응하는 베인홈의 천정면 사이에 위치하여 베인의 축방향 왕복운동을 지지하는 탄성부재를 포함한 밀폐형 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기 구획판은 전개시 정현파 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
3. 제1항에 있어서, 상기 밀폐공간의 내주면과 베인의 접촉면 사이로 유체가 누설되는 것을 차단하도록 밀폐공간을 이루는 실린더의 양측 주면에 베인의 양측면이 미끄러지게 삽입되는 베인슬롯이 형성된 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
4. 제1항에 있어서, 상기 밀폐케이싱의 내주면에 적어도 3개 이상의 지지브라켓을 고정하고, 그 각각의 지지브라켓에 실린더의 하단을 고정 지지하는 압축코일 스프링을 고정하여 실린더를 밀폐케이싱과 이격시켜 탄력적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
5. 제1항에 있어서, 상기 밀폐케이싱의 흡입관이 그 밀폐케이싱의 내부공간으로 연통되는 동시에 상기 실린더의 흡입구가 상기한 밀폐케이싱의 내부공간에 대해 개구되도록 연통되어 냉동사이클을 순환한 유체가 밀폐케이싱의 내부공간을 먼저 순회한 다음에 실린더로 흡입되도록 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.