KR100394239B1 - 압축기의 베인 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기의 베인 구조에 관한 것으로, 본 발명은 실린더 조립체의 내부 공간에서 회전하는 파형면이 구비된 구획판에 방사상으로 접촉되어 그 구획판의 회전과 함께 연동되면서 가스를 압축하는 베인의 구획판 접촉부가 상기 구획판의 외측 위치에서 중심쪽으로 갈수록 곡률 반경이 작게 형성되도록 구성하여 전동기구부의 구동력을 전달받아 실린더 조립체의 내부 공간에서 회전하는 회전축의 구획판과 그 구획판에 접촉되어 연동되면서 그 내부 공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환시키면서 가스를 압축하는 베인사이의 틈새를 최소화함으로써 저압부인 흡입영역과 고압부인 압축영역의 압력차로 인한 가스의 누설을 방지하여 압축 성능을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

압축기의 베인 구조{VANE FOR COMPRESSOR}

본 발명은 압축기의 베인 구조에 관한 것으로, 특히 전동기구부의 구동력을 전달받아 회전하는 구획판과 그 구획판에 방사상으로 위치하도록 접촉되어 움직이면서 가스를 압축하는 베인사이의 가스 누설을 최소화할 수 있도록 한 압축기의 베인 구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 유체를 압축하는 기계이다. 이와 같은 압축기는 소정의 내부 공간을 갖는 밀폐용기와 그 밀폐용기내에 장착되어 구동력을 발생시키는 전동기구부와 그 전동기구부의 구동력을 전달받아 가스를 압축하는 압축기구부로 구성되며, 그 압축기구부의 형태에 따라 여러 종류로 분류된다.

상기 압축기의 한 종류로 종래의 압축기들과 다른 압축 방식을 갖는 압축기를 본원 출원인이 선출원(대한민국 특허 99-42381호)한 바 있다. 도 1, 2, 3은 본원 출원인이 선출원한 압축기에서 전동기구부의 구동력을 전달받아 냉매 가스를 압축하는 압축기구부를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 선출원한 압축기의 압축기구부는 내부 공간(V)을 형성함과 아울러 그 내부 공간(V)과 각각 연통되는 흡입유로(11)와 토출유로(12)를 구비한 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V)에 그 중심을 관통하도록 회전축(20)이 삽입되며 그 회전축(20)은 구동력을 발생시키는 전동기구부(M)와 결합된다. 그리고 상기 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V)을 제1,2 공간(13)(14)으로 구획하는 구획판(30)이 실린더 조립체 내부 공간(V)에 위치하도록 회전축(20)에 일체로 형성되며 상기 구획판(30)의 양측면에 각각 항시 접촉되도록 탄성 지지되어 그 구획판(30)이 회전함에 따라 상기 제1,2 공간(13)(14)을 각각 흡입영역(13a)(14a)과 압축영역(13b)(14b)으로 전환시키면서 움직이는 베인들(40)(41)이 상기 실린더 조립체(10)에 각각 관통 삽입되어 결합된다. 그리고 상기 실린더 조립체(10)의 토출유로(12)를 각각 개폐하면서 제1,2 공간(13)(14)의 압축영역(13b)(14b)에서 압축된 가스를 토출시키는 개폐수단(50)이 실린더 조립체(10)에 결합된다.

미설명 부호 1은 밀폐용기이고, 2는 탄성지지수단이다.

상기 압축기 압축기구부의 작동은 먼저 전동기구부(M)의 구동력을 전달받아 회전축(20)이 회전하게 되면 그 회전축(20)의 구획판(30)이 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V)에서 회전하게 되며 상기 구획판(30)이 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V)에서 회전함에 따라 그 내부 공간(V)의 체적 변화로 제1 공간(13)과 제2 공간(14)이 각각 흡입영역(13a)(14a)과 압축영역(13b)(14b)으로 전환되면서 제1 공간(13)과 제2 공간(14)의 각각의 흡입유로(11)에서 냉매 가스가 흡입되어 압축되면서 각각의 토출유로(12)를 통해 토출된다. 이때 상기 베인들(40)(41)은 탄성 지지된 상태로 구획판(30)의 회전에 따라 그 구획판(30)에 의해 축 방향으로 직선 왕복 운동하게 된다.

한편, 상기 회전축의 구획판(30)은 그 회전축(20)을 중심으로 하여 일정 두께를 갖는 원형으로 형성되되 측면상으로 볼 때 볼록면을 갖는 상측 볼록 곡면부(r1)와 오목면을 갖는 하측 오목 곡면부(r2)와 그 볼록 곡면부(r1)와 오목 곡면부(r2)를 연결하는 연결 곡면부(r3)로 이루어진다. 즉, 상기 구획판(30)은 정현파 형상의 파형면으로 그 볼록 곡면부(r1)와 오목 곡면부(r2)는 180°의 위상으로 위치하게 형성되며 상기 회전축(20)을 중심으로 하여 임의의 위치에서 방사상으로 절단했을 때 그 회전축(20)과 구획판(30)의 절단선은 항상 직각을 이루도록 형성된다. 그리고 상기 구획판의 볼록 곡면부(r1)와 오목 곡면부(r2)의 변곡점을 이루는 선단이 내부 공간의 내측 상하면(도면상)에 각각 접촉된 상태로 내부 공간(V)에 위치하게 된다.

그리고 상기 베인(40)(41)은 일정 두께를 갖는 사각 형태로 형성되며 상기 구획판(30)의 파형면과 접촉되는 접촉면(R)은 일정 곡률을 갖는 라운딩면, 즉 일정 곡률을 갖는 곡면으로 형성되며 그 곡면 형태의 접촉면(R)이 구획판(30)의 파형면에 접촉되고 그 양측면이 회전축(20)의 외주면과 상기 실린더 조립체 내부 공간(V)의 내벽에 각각 접촉되어 상기 회전축(20)을 중심으로 하여 구획판(30)에 수직 및 방사상으로 위치하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 구획판(30)이 회전함에 따라 상기 베인(40)(41)이 그 구획판(30)의 파형면을 따라 수직 방사상의 위치에서 상하(도면상) 직선 왕복 운동하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 구획판(30)의 내측 곡선(a), 즉 회전축(20)과 구획판(30)이 만나는 곡선의 곡률 및 그 내경과 상기 구획판(30)의 외측 곡선(b)의 곡률 및 그 내경 차가 존재하는 상태에서 그 내측 곡선(a)과 외측 곡선(b)을 따라 형성되는 파형면에 접촉되는 베인(40)(41)이 일정 두께를 갖도록 형성될 뿐만 아니라 그 접촉면(R)이 일정 곡률을 갖도록 형성되어 그 베인(40)(41)이 구획판(30)의 파형면에 접촉되면서 상기 구획판(30)이 회전하는 과정에서 그 구획판(30)의 파형면과 베인(40)(41)의 접촉면(R)사이에 틈새(G)가 발생하게 됨으로써 고압부의 가스가 저압부로 누설되어 압축 성능을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전동기구부의 구동력을 전달받아 회전하는 구획판과 그 구획판에 방사상으로 위치하도록 접촉되어 움직이면서 가스를 압축하는 베인사이의 가스 누설을 최소화할 수 있도록 한 압축기의 베인 구조를 제공함에 있다.

도 1,2는 종래 압축기의 압축기구부를 도시한 정단면도 및 평면도,

도 3은 상기 압축기 압축기구부를 부분 단면하여 도시한 사시도,

도 4는 상기 압축기의 압축기구부를 구성하는 구획판과 베인의 접촉상태를 도시한 정면도,

도 5,6은 본 발명의 베인이 구비된 압축기의 압축기구부를 도시한 정단면도 및 부분 단면 사시도,

도 7,8은 본 발명의 압축기 베인 구조를 도시한 정면도 및 측면도,

도 9,10은 본 발명의 베인이 구비된 압축기 압축기구부의 작동상태를 각각 도시한 평면도,

도 11은 상기 압축기의 압축기구부를 구성하는 구획판의 회전에 따라 각 위치에서 베인과 구획판의 접촉상태를 도시한 평면도,

도 12는 본 발명의 베인과 구획판의 접촉상태를 도시한 정면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 실린더 조립체 30 ; 구획판

60,70 ; 베인 d ; 베인 몸체부

e ; 제1 곡선부 f ; 제2 곡선부

g ; 접촉 곡면부 T ; 접촉부

V ; 실린더 조립체 내부 공간

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 실린더 조립체의 내부 공간에서 회전하는 회전축과, 이 회전축에 결합되며 양측에 파형면이 구비된 구획판과, 상기 구획판의 양측 파형면에 대하여 방사상으로 배치되며 양측 파형면에 접촉하는 접촉부가 라운딩 처리된 베인을 구비한 압축기에 있어서, 상기 베인을 상기 구획판 반경 방향에 대하여 직각인 면으로 절단하였을 때 나타나는 상기 베인의 접촉부의 곡률 반경이 구획판의 외주측에서 중심측으로 갈수록 점차 작게 형성됨을 특징으로 하는 압축기의 베인 구조가 제공된다.

이하, 본 발명의 압축기 베인 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 5, 6은 본 발명의 압축기 베인 구조의 일예가 구비된 압축기의 압축기구부를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 상기 압축기구부는 소정의 내부 공간(V)을 가지며 그 내부 공간(V)과 연통되는 흡입유로(11)와 토출유로(미도시)가 구비된 실린더 조립체(10)와 파형 형상의 구획판(30)이 구비되어 그 구획판(30)이 상기 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V)을 제1,2 공간(13)(14)으로 구획하도록 그 내부 공간(V)에 삽입되는 회전축(20)과, 상기 제1,2 공간(13)(14)내에 위치함과 아울러 상기 구획판(30)에 방사상으로 접촉되도록 상기 실린더 조립체(10)에 각각 삽입되어 상기 구획판(30)의 회전에 따라 상기 제1 공간(13)과 제2 공간(14)을 각각 흡입영역(13a)(14a)과 압축영역(13b)(14b)으로 전환시키는 베인(60)(70)들을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 회전축(20)은 전동기구부와 결합된다. 미설명 부호 1은 밀폐용기이고, 2는 탄성지지수단이다.

상기 회전축(20)의 구획판(30)은 그 회전축(20)을 중심으로 하여 일정 두께를 갖는 원형으로 형성되되 측면상으로 볼 때 볼록면을 갖는 상측 볼록 곡면부(r1)와 오목면을 갖는 하측 오목 곡면부(r2)와 그 볼록 곡면부(r1)와 오목 곡면부(r2)를 연결하는 연결 곡면부(r3)로 이루어진다. 즉, 상기 구획판(30)은 정현파 형상의 파형면으로 그 볼록 곡면부(r1)와 오목 곡면부(r2)는 180°의 위상으로 위치하게 형성되며 상기 회전축(20)을 중심으로 하여 임의의 위치에서 방사상으로 절단했을 때 그 회전축(20)과 구획판(30)의 절단선은 항상 직각을 이루도록 형성된다. 그리고 상기 구획판(30)의 볼록 곡면부(r1)와 오목 곡면부(r2)의 변곡점을 이루는 선단이 내부 공간의 내측 상하면(도면상)에 각각 접촉된 상태로 내부 공간에 위치하게 된다.

상기 베인(60)(70)은, 도 7, 8에 도시한 바와 같이, 소정 형상으로 형성되되 상기 구획판(30)과 접촉되는 접촉부, 즉 상기 구획판(30)과 접촉되는 부분이 상기 구획판(30)의 외측 위치에서 중심쪽으로 갈수록 곡률이 작게 형성된다. 즉, 상기 베인(60)(70)을 상기 구획판(30) 반경 방향에 대하여 직각인 면으로 절단하였을 때 나타나는 상기 베인(60)(70)의 접촉부의 곡률 반경이 구획판의 외주측에서 중심측으로 갈수록 점차 작게 형성되는 것이다.상기 베인(60)(70)을 보다 구체적으로 설명하면 상기 베인(60)(70)은 일정 두께와 사각 형태의 면적을 갖도록 형성된 베인 몸체부(d)와 그 베인 몸체부(d)의 일측 모서리에 소정의 곡률을 갖도록 형성된 제1 곡선부(e)와, 그 제1 곡선부(e)의 동일 선상에 위치하는 상기 베인 몸체부(d)의 타측 모서리에 상기 제1 곡선부(e)의 곡률보다 작은 곡률을 갖도록 형성된 제2 곡선부(f)와, 상기 제1 곡선부(e)와 제2 곡선부(f)를 연결하는 접촉 곡면부(g)를 구비하여 이루어진다. 상기 접촉 곡면부(g)의 하단선(h)은 양측면과 수직을 이루는 직선 형태를 이루게 되며, 상기 제1 곡선부(e)와 그 측면 양단이 만나는 두 점과 상기 제2 곡선부(f)와 그 측면 양단이 만나는 두 점을 각각 연결하여 베인 몸체부(d)의 양면에 형성되는 연결선(k)은 상기 하단선(h)과 경사지게 형성된다.

상기 제1,2 곡선부(e)(f)와 접촉 곡면부(g)가 상기 구획판(30)과 접촉되는 접촉부분을 형성하게 된다.

상기 베인(60)(70)은 상기 실린더 조립체(10)에 형성된 슬롯에 각각 삽입되어 그 접촉부분이 상기 구획판(30)에 접촉됨과 아울러 그 베인 몸체부(d)의 양측면이 실린더 조립체 내부 공간(V)의 내벽과 상기 회전축(20)의 외주면에 각각 접촉된다. 이때 상기 베인(60)(70)은 상기 구획판(30)의 중심을 향하도록 방사방향으로 각각 위치하게 됨과 아울러 회전축(20)과 수직을 이루도록 위치하게 되며, 또한 그 베인(60)(70)의 제1 곡선부(e)가 상기 구획판(30)의 외측에 위치하고 그 제2 곡선부(f)가 구획판(30)의 중심측으로 위치하게 된다.

이하, 본 발명의 압축기 베인 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 압축기의 압축기구부는 상기 전동기구부(M)의 구동력을 전달받아 회전축(20)이 회전하게 되고 그 회전축(20)의 회전과 함께 그 회전축(20)의 구획판(30)이 회전하면서 상기 베인(60)(70)들과 함께 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V), 즉 제1,2 공간(13)(14)을 각각 연속적으로 흡입영역(13a)(14a)과 압축영역(13b)(14b)으로 전환시키면서 상기 흡입유로(11)를 통해 흡입되는 가스를 압축하여 상기 토출유로(12)를 통해 토출시키게 된다.

상기 과정을 보다 상세히 설명하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 먼저 구획판(30)의 볼록 곡면부(r1)의 선단이 제1 공간(13)측에 위치하는 제1 베인(60)의 위치(a1)에 위치하게 됨과 동시에 그 구획판(30)의 오목 곡면부(r2) 선단이 제2 공간(14)에 위치하는 제2 베인(70)의 위치(a1')에 위치하게 되며 상기 제1 공간(13) 및 제2 공간(14)은 압축된 가스의 토출이 완료됨과 아울러 가스 흡입이 완료되는 상태가 된다. 이때, 상기 제1,2 베인(60)(70)은 그 하단선(h)이 각각 구획판(30)의 볼록 곡면부(r1)의 선단과 오목 곡면부(r2)의 선단에 일치하게 됨과 아울러 그 하단선(h)이 실링선, 즉 접촉선이 된다.

이어, 상기 회전축(20)의 회전에 의해, 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 구획판(30)의 볼록 곡면부(r1) 선단이 제1 공간(13)의 흡입유로(11)를 지나 제2 베인(70)의 위치(a2)에 위치하게 됨과 동시에 오목 곡면부(r2) 선단이 제2 공간(14)의 흡입유로(11)를 지나 제1 베인(60)의 위치(a2')에 위치하게 되면 제1 공간(13)과 제2 공간(14)에서 각각 흡입된 가스의 압축이 진행됨과 동시에 가스가 흡입된다. 이때, 상기 제1 베인(60)과 제2 베인(70)은 각각 그 구획판 접촉부(T)가 구획판 볼록 곡면부(r1)의 일부분면과 연결 곡면부(r3) 그리고 오목 곡면부(r2)의 일부분면에 접촉되면서 그 정현파 곡면 형상에 의해 상하로 각각 직선 움직임하게 됨과 동시에 그 구획판(30)에 접촉되는 제1,2 베인(60)(70)의 접촉선이 회전각에 따라 변화하게 되면서 그 구획판(30)과 제1,2 베인(60)(70)사이의 실링이 이루어지게 되며 그 접촉선은 제1,2 베인(60)(70)의 하단선(h)을 중심으로 일측 접촉 곡면부(g)에서 접촉선이 이루어지게 된다. 즉, 상기 제1,2 베인(60)(70)은 상기 구획판(30)과 접촉이 이루어지는 그 접촉부(T), 즉 제1,2 곡선부(e)(f) 및 접촉 곡면부(g)로 형성되는 부분이 그 제1,2 베인(60)(70)의 두께와 상기 구획판(30)의 내측 곡선(a)과 외측 곡선(b)의 곡률차이에 상응하게 형성되어 상기 구획판(30)과 제1,2 베인(60)(70)사이의 틈새가 최소화된다.

이어, 상기 회전축(20)의 회전에 의해, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 구획판(30)이 회전하면서 그 볼록 곡면부(r1) 선단이 제1 베인(60)에 위치하고 동시에 그 오목 곡면부(r2)의 선단이 제2 베인(70)에 위치하게 되면 제1 공간(13)과 제2 공간(14)에서 각각 압축되던 가스가 각각 토출됨과 동시에 그 제1 공간(13)과 제2 공간(14)에 가스 흡입이 완료되어 가는 상태가 된다. 이때, 상기 제1 베인(60)과 제2 베인(70)은 위에서와 같이 각각 그 구획판 접촉부(T)가 구획판 볼록 곡면부(r1)의 일부분면과 연결 곡면부(r3) 그리고 오목 곡면부(r2)의 일부분면에 접촉되면서 그 정현파 곡면 형상에 따라 상하로 각각 직선 움직임하게 됨과 동시에 그 구획판(30)에 접촉되는 제1,2 베인(60)(70)의 접촉선이 회전각에 따라 변화하게 되면서 그 구획판(30)과 제1,2 베인(60)(70)사이의 틈새가 최소화되며 그 접촉선은제1,2 베인의 하단선(h)을 중심으로 타측 접촉 곡면부(g)에서 접촉선이 이루어지게 된다.

즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 베인이 상기 구획판(30)의 오목 곡면부(r2)의 선단에서 볼록 곡면부(r1)의 선단까지의 파형 곡면 영역상에 위치할 때는 그 베인의 일측 접촉 곡면부(g)에서 상기 구획판(30)의 파형 곡면과 접촉되는 접촉선을 이루게 되고, 이어 상기 베인이 상기 구획판(30)의 볼록 곡면부(r1) 선단에서 오목 곡면부(r2) 선단까지의 파형 곡면 영역상에 위치할 때는 그 베인의 타측 접촉 곡면부(g)에서 상기 구획판(30)의 파형 곡면과 접촉되는 접촉선을 이루게 된다.

이와 같이, 상기 회전축(20)의 회전에 의해 실린더 조립체(10)의 내부 공간(V)에서 구획판(30)이 회전함과 동시에 그 구획판(30)과 접촉된 베인(60)(70)이 연동되면서 지속적으로 가스를 흡입하고 압축하여 토출시키게 되며, 상기 과정에서 상기 구획판(30)에 접촉되어 그 구획판(30)과 함께 실링을 이루는 베인(60)(70)의 구획판 접촉부가, 도 12에 도시한 바와 같이, 그 베인(60)(70)의 두께와 구획판(30)의 내측 곡선(a) 및 외측 곡선(b)을 연장 연결한 연장 곡면에 의해 형성되는 정형파형 곡면에 상응하도록 형성됨으로써, 즉 상기 구획판 외측 곡선(b)의 곡률이 내측 곡선(a)보다 크게 형성됨과 같이 상기 구획판(30)의 외측 곡선(b)과 내측 곡선(a)측 각각 위치하는 베인(60)(70)의 제1 곡선부(e)와 제2 곡선부(f) 그리고 그 제1 곡선부(e)와 제2 곡선부(f)를 연장 연결한 접촉 곡면부(g)가 상기 제1 곡선부(e)측의 곡률보다 제2 곡선부(f)측의 곡률이 작게 형성됨으로써 저압측인 흡입영역과 고압측인 압축영역을 구획 변환하는 구획판(30)과 베인(60)(70)사이의 틈새를 최소화시키게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 압축기의 베인 구조는 전동기구부의 구동력을 전달받아 실린더 조립체의 내부 공간에서 회전하는 회전축의 구획판과 그 구획판에 접촉되어 연동되면서 그 내부 공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환시키면서 가스를 압축하는 베인사이의 틈새를 최소화하게 됨으로써 저압부인 흡입영역과 고압부인 압축영역의 압력차로 인한 가스의 누설을 방지하여 압축 성능을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 실린더 조립체의 내부 공간에서 회전하는 회전축과, 이 회전축에 결합되며 양측에 파형면이 구비된 구획판과, 상기 구획판의 양측 파형면에 대하여 방사상으로 배치되며 양측 파형면에 접촉하는 접촉부가 라운딩 처리된 베인을 구비한 압축기에 있어서,

   상기 베인을 상기 구획판 반경 방향에 대하여 직각인 면으로 절단하였을 때 나타나는 상기 베인의 접촉부의 곡률 반경이 구획판의 외주측에서 중심측으로 갈수록 점차 작게 형성됨을 특징으로 하는 압축기의 베인 구조.
2. 삭제