KR100432115B1 - 복수 실린더 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

복수 실린더 로터리형 압축기에 있어서, 제1 실린더 및 제2 실린더에 의해 형성된 2개의 압축실 사이의 크랭크축의 직경을, 전동기부의 로터에 끼워 부착된 크랭크축의 직경 보다도 크게 한다.

Description

복수 실린더 로터리 압축기{PLURAL CYLINDER ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은, 예를 들어 냉장고나 공기 조절기 등의 냉동 사이클에 이용되는복수 실린더 로터리 압축기에 관한 것으로, 크랭크축의 굽힘 변형을 저감하고, 효율을 높인 복수 실린더 로터리 압축기에 관한 것이다.

공기 조화기나 냉장고용의 압축기로서는 왕복동형, 로터리형, 스크롤형, 스크류형 등이 사용되고 있다. 이들 압축기에는 종래 HCFC계의 냉매가 사용되고 있었다. 그러나 최근, HCFC계 냉매도 태양광 속의 자외선에 의해 분해되고, 발생한 염소가 성층권 속의 오존층을 파괴하는 것이 명백해져, UN 환경 계획 주도에 의해, 1987년「오존층을 파괴하는 물질에 관한 몬트리올 의정서」가 체결되고, 2004년부터 단계적으로 HCFC계 냉매가 규제되게 되었다. 이상의 이유로부터, HCFC계 냉매의 대체 냉매로서 HFC계 냉매나, 구성 분자에 프레온을 포함하지 않은 자연계 냉매를 사용한 압축기의 개발에 각 회사가 참여하고 있다.

압축기에 HFC계 냉매나 이산화탄소 등의 자연 냉매를 사용한 경우, 작동 가스의 압력이 높아지는 것이 있으므로, 압축실의 진동부 간극으로부터의 냉매 가스의 누설이 종래의 HCFC계의 냉매 보다도 증가된다. 그 때문에, 간극으로부터의 누설을 작게 설정하는 것이 가능한 로터리 압축기를 대체 냉매용으로 사용하는 경우가 있다.

작동 가스의 압력이 종래 보다도 높아짐으로써 발생되는 다른 문제로서는, 기구상 멈출 수 없는 압축실의 토출 포트에 존재하는 데드 볼륨(dead volume)에 잔류되어 있던 냉매 가스가 토출되지 않고 재팽창하여, 체적 효율을 저감시킨다는 문제가 있다. 이 경우 출력이 2 내지 3마력 이상의 압축기에 있어서는 전술한 바와 같은 누설이나 데드 볼륨의 문제는 현저해진다. 그 때문에, 간극으로부터의 누설이 작고, 또 압축실의 데드 볼륨을 작게 설정할 수 있는 로터리식을 대체 냉매용의 압축기에 사용하는 경우가 많다.

그런데, 대체 냉매를 1 실린더의 로터리 압축기에 사용한 경우, 작동 가스의 흡입 압력과 토출 압력의 차이가 크기 때문에, 압축에 따른 토크 변동 폭이 커지며, 크랭크의 편심 부분의 진동 회전도 증가한다. 특히 2 내지 3마력 정도의 압축기의 경우에는 진동이 커진다고 하는 문제가 있었다. 그 문제를 해소하기 위해, 복수 실린더의 로터리 압축기를 채용하는 것도 있다.

한 편,(예를 들어 종래의 R 22 냉매를 사용하는 등) 일반적으로 로터리 압축기를 설계하는 경우는 베어링부에 발생하는 크랭크축(회전축)과 베어링과의 마찰에 의한 회전 동력의 기계적 손실, 즉 마찰 손실을 저감하는 것을 목적으로 크랭크축과 베어링과의 접촉 면적을 축소하고, 또한 관성 모멘트를 작게 하기 위해서 크랭크축 직경을 가능한 한 작게 설치하는 것이 바람직하다. 또, 크랭크축 직경을 작게 함으로써 크랭크축과 동시에 구성되는 피스톤 회전 부재의 중량이 가벼워지며, 구동을 위한 모터 소비 전력을 작게 할 수 있다. 또한, 크랭크축 직경이 작게 되는 상태로, 전체의 압축기의 외부 직경도 작게 할 수 있고, 공간 절약화에도 유효하다는 이점이 있다.

한편, 압축기에 대체 냉매로서 응축 압력이 높은 HFC계 냉매를 사용한 경우, 종래의 HCFC 냉매에 비해 증발 잠열이 크며, 증발 가스 밀도가 크기 때문에, 압축기의 압축 제외 용적(단위 배제 용적) 당의 능력이 커진다. 예를 들어, 냉매를 R 22로부터 R 410 A로 변경함으로써 압축 압력은 약 1.5배가 된다.

이와 같은 대체 냉매에 적합한 압축실의 디멘젼을 제안하는 2 실린더의 로터리 압축기로서, 일본 특허 공개 평8-144976호 공보에 실린더 높이를 실린더 내부 직경과 크랭크 편심량으로 나눈 값이 0.07 내지 0.13의 범위의 값이 되는 것이 기재되어 있다.

상기한 바와 같이, 종래의 구성 요소를 이용하여 제작한 복수 실린더의 로터리 압축기에 HFC계 냉매나 자연 냉매 등의 대체 냉매를 사용한 경우, 몇가지의 유의점이 있다.

ⅰ) 작동 가스의 흡입 압력과 토출 압력과의 압력차가 커지는 냉매가 있다.

ⅱ) 복수 실린더에 의해, 실린더의 양측에 설치되어 있는 베어링 사이의 간격이 1 실린더의 경우 보다도 커진다. 즉 가스 하중을 받는 지지점이 길어진다.

ⅲ) 크랭크축 직경을 작게 설치하는 것이 지향되어 있다.

이들의 유의점을 검토하면, 복수의 실린더의 양측에 배치된 베어링 사이에 있어서의 크랭크축의 굽힘 변형은 커지기 쉽다. 크랭크축의 굽힘 변형이 커지면, 베어링에 대한 크랭크축의 기울기가 커져, 편접촉이 생긴다. 이 편접촉에 따라, 크랭크축은 베어링으로부터 누름 반력을 받는다. 그 반력에 의거하여 마찰에 의한 에너지 손실이 구동력의 손실로 된다.

또, 2개의 베어링 사이에서 굽힘 변형이 크랭크축에 일어나므로 피스톤이 기운다. 그 때문에, 각 실린더를 밀폐하는 부재의 단부면(밀폐 부재의 실린더 대향면부) 및 구획판의 단부면(실린더 대향면)과 각 피스톤 단부면과의 사이에 편접촉이 생긴다. 각 피스톤 단부면은 상대하는 단부면으로부터 반력을 받아 마찰 손실이 발생하고, 구동력의 손실이 또 커진다. 또, 피스톤의 외부면과 실린더 내부면으로 편접촉이 생겨, 피스톤이 실린더 내부면으로부터 반력을 받아 생기는 마찰 손실도 발생할지도 모른다.

상기한 바와 같이, 마찰에 의한 에너지 손실(마찰 손실)은 크랭크축의 굽힘 변형량이 크게 되면 압축기의 성능에 대하여 무시할 수 없게 된다. 이들 마찰 손실은 어느 것이나 편접촉에 따라서 생긴다. 크랭크축이 굽혀지는 것에도 불구하고, 2개의 베어링이나 구획판 및 실린더를 구성하는 밀폐 부재의 상하의 단부면(실린더 대향면부)에 따라서 구속됨으로써 크랭크축에 반력이 생긴다. 각각의 접촉부에 있어서의 접촉 면적은 작아, 접촉면 압력이 높게 되므로 크랭크축의 회전에 따른 압축기의 기계적인 에너지 손실을 초래한다.

한편, 베어링부에서 생기는 마찰 손실은 평균적으로 크랭크축과 베어링에 작용하기 때문에, 이미 설명한 굽힘 변형에 따라서 생기는 마찰 손실 보다도 작다. 따라서, 크랭크축 직경을 작게 하는 것은 크랭크축과 베어링과의 마찰 손실을 저감하여, 성능에 대한 효과가 있다. 그러나, 굽힘 변형이 커짐으로써 증가하는 마찰 손실의 압축기 성능에의 영향이 커지므로, 크랭크축 직경의 축소에는 제한이 있다.

또, 크랭크축의 굽힘에 따라서 발생되는 피스톤의 기울기가 생기는 것을 고려하면, 피스톤 단부면과 구획판 및 단부판(밀폐 부재)과의 간극을 그 피스톤의 기울기에 따라서 크게 설정할 필요가 있다. 또한, 피스톤과 이 피스톤과 접하여 압축실과 흡입실을 나누는 베인과의 간극에도 고려해야만 한다. 이들 간극의 증대에따라, 압축 가스의 누설량이 증가되고, 압축실의 체적 효율이 저하된다.

한편, 대체 냉매로서 작동 압력이 높지 않은 HFC계 혼합 냉매나 탄소계 자연 냉매를 이용한 경우에 있어서도, 베어링 사이 거리가 커지면, 전술한 크랭크축의 굽힘이 생겨, 이에 따라서 피스톤이 기울어짐으로써 베어링이나 단부판 면에 편접촉이 생긴다. 대체 냉매는 종래의 HCFC계 냉매와 같이 극압 억제 작용이 있는 염소 분자가 없기 때문에, 접촉 부분에 있어서 마찰 손실이 증가되고, 에너지 손실이나 마모가 증가된다.

상기한 문제를 해결하는 것은 대체 냉매를 이용한 복수 실린더의 로터리 압축기를 설계하는 데에 있어서 과제가 된다.

일본 특허 공개 평8-144976호 공보에 기재된 기술은 냉매 가스의 배제 효율을 최적으로 하기 위한 설계 기준이 기재되어 있다. 그러나 크랭크축의 굽힘 변형에 의한 마찰 손실이나 체적 효율의 저하에 관하여 기재되어 있지 않다. 이들을 해결하는 것이 중요한 과제이다.

본 발명의 목적은 크랭크축의 굽힘 변형을 저감하고, 긴 수명의 압축 효율이 좋은 복수 실린더 로터리 압축기를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 조립성을 유지하면서 크랭크축의 굽힘 변형을 저감하는 복수 실린더 로터리 압축기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 복수 실린더 로터리 압축기는 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부를 구비하고, 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 압축기부는 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 가진 구획판에 의해 구획된 제1, 제2 실린더와, 제1, 제2 실린더 내에서 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤을 구비하고, 제1 실린더 및 제2 실린더 내에 형성된 2개의 압축실 사이의 크랭크축의 직경이 전동기부의 로터에 끼움 부착된 크랭크축의 직경 보다도 큰 구성으로 했다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 복수 실린더 로터리 압축기는 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부를 구비하고, 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀과의 사이에 중간축을 갖고, 압축기부는 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해 구획된 제1, 제2 실린더와, 제1, 제2 실린더 내에서 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤을 구비하고, 크랭크축의 중간축에 각각의 크랭크핀의 편심 방향으로 연장한 연장부를 설치하였다. 각각의 연장부는 각각의 크랭크핀과 일체여도 좋다.

크랭크축의 중간부에 설치된 연장부의 최외 직경의 회전 궤적은, 구획판의 관통 구멍의 내부 직경 보다도 작은 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 복수 실린더 로터리 압축기는 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부를 구비하고, 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀과의 사이에 중간축을 갖고, 압축기부는 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 제1 혹은 제2 크랭크의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해 구획된 제1, 제2의 실린더와, 제1, 제2 실린더 내에서 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤을 구비하고, 크랭크축의 중간축의 직경 방향 단면이 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀의 직경 방향 단면의 중복되는 부분보다 크고, 또한 중간축의 제1 크랭크핀 측과 제2 크랭크핀 측과의 사이에 단차를 갖는 구성으로 하였다.

즉, 중간축의 횡단면 형상이 축방향으로 다단으로 다르게 형성하는 동시에, 각각의 중간축이 편심하여 설치된 실린더의 편심 방향으로 면적이 확대되도록 형성하였다.

이에 따라서, 크랭크핀과 크랭크핀과의 사이의 중간축 직경을 가능한 최대치에 설정할 수 있기 때문에, 중간축의 굽힘 변형을 경감할 수 있고, 크랭크축과 베어링이나, 제1 실린더 내의 피스톤 상단부와 상부 밀폐판, 제2 실린더 내의 피스톤 하단부와 하부 밀폐판, 피스톤 외부면과 실린더 내부면과의 편접촉이 작게 되므로, 마찰 손실이 작아지며, 기계 효율의 손실이 저감된다. 또, 크랭크축과 베어링, 피스톤과 베인, 피스톤과 밀폐판의 여분의 간극도 작아지므로, 누설이 작아지며 체적 효율의 저감이 억제된다. 그 때문에, 크랭크축의 변형에 따른 성능의 저하가 억제된다.

또 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 복수 실린더 로터리 압축기는 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부를 구비하고, 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 압축기부는 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 제1 혹은 제2 크랭크의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해 구획된 제1, 제2 실린더와, 제1, 제2의 실린더 내에서 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤을 구비하고, 크랭크축은 제1 및 제2의 크랭크핀 사이를 접속하는 중간부에 각각의 크랭크핀의 편심 방향으로 연장한 연장부를 설치하고, 구획판의 두께는 한 쪽의 크랭크핀 측에 형성된 연장부의 이 크랭크핀과의 반대면과, 다른 쪽의 크랭크핀의 상기 구획판에 대향하는 면의 기준선과의 거리 보다도 얇게 하였다.선호되는 실시예와 변경 실시예에 대한 이후의 상세한 설명을 읽고 이해한 당해 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게는, 본 발명의 다른 장점들이 명백할 것이다.

도1은 본 발명의 일실시 형태를 도시한 2 실린더 로터리 압축기의 압축기부와 전동기부를 도시하는 종단면도.

도2는 도1에 있어서의 2 실린더 로터리 압축기의 크랭크축(3)의 일부분을 발췌한 도면.

도3은 도2의 크랭크축(3)의 중간축(30)의 접속부(31)를 회전축에 수직인 평면으로 투영한 단면도.

도4는 도2에 도시한 예의 변형예를 도시한 2 실린더 로터리 압축기의 크랭크축(3)의 일부분을 발췌한 단면도.

도5는 도4의 크랭크축(3)의 중간축(300)의 접속부(310)를 회전축에 수직인 평면으로 투영한 단면도.

도6은 도2에 도시한 예의 변형예를 도시한 2 실린더 로터리 압축기의 크랭크축(3)의 일부분을 발췌한 도면.

도7은 도6의 크랭크축(3)의 중간축(300)의 제1 접속부(311)와 제2 접속부(312)의 접속부를 회전축에 수직인 평면으로 투영한 단면도.

도8은 본 발명의 일 실시예를 도시한 2 실린더 로터리형 압축기의 압축기부와 전동기부의 로터를 도시하는 도면.

도9는 본 발명의 일 실시예를 도시한 2 실린더 로터리형 압축기의 크랭크축의 일부분을 발췌한 도면.

도10은 본 발명의 일 실시예를 도시한 크랭크축의 상면도.

도11은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 2 실린더 로터리형 압축기의 크랭크축의 일부분을 발췌한 도면.

도12는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 2 실린더 로터리형 압축기의 크랭크축의 일부분을 발췌한 도면.

도13은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 크랭크축의 상면도.

도14는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 크랭크축의 일부분을 도시하는 도면.

도15는 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 도면.

도16은 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 도면.

도17은 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 도면.

도18은 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 도면.

도19는 컴퓨터 시뮬레이션의 결과의 일예를 도시하는 도면.

도20은 크랭크축이 굽힘 변형을 일으킨 상태에 있어서의 크랭크축의 주 베어링 상단부의 변위 B와 설정 간극의 최소치 C와의 관계를 도시하는 도면.

도21은 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 정리한 도면.

도22는 본 발명의 일 실시예를 적용한 압축기의 조립 공정을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밀폐 용기

2 : 전동기부

3 : 크랭크축

4 : 주 베어링

5 : 압축기부

6 : 실린더

8 : 부 베어링

10 : 피스톤

11 : 커버

13, 14 : 크랭크핀

30 : 중간축

31, 32 : 접속부

40, 41 : 밸런스 중량

50 : 구획판

51 : 관통 구멍

본 발명의 선호되는 실시예와 변경 실시예를 설명하기 위한 목적이며 이를 제한하기 위해서가 아닌 첨부 도면과 관련하여, 본 발명이 설명될 것이다.이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 의해 설명한다. 도1은 본 발명에 따른 복수 실린더 로터리 압축기의 일실시 형태를 도시하는 종단면도이며, 도2는 복수 실린더 로터리 압축기의 크랭크축의 형상을 도시하는 측면도, 도3은 도2의 크랭크축의 단면 형상을 도시하는 단면도이다.

도1 내지 도3에는 밀폐 용기(1)의 내부에 전동기부(2)와 압축기부(5)를 구비한 2개의 실린더를 구비한 2 실린더 로터리 압축기 및 그 구성 요소가 도시되어 있다.

크랭크축(3)을 지지하는 주 베어링(4)은 밀폐 용기(1)의 내벽에 용접 등에 의해 고정되어 있다. 주 베어링(4)의 한 쪽 공간에는 전동기부(2)가 수납되고, 다른 쪽에는 압축기부(5)가 수납되어 있다. 전동기부(2)는 크랭크축(3)이 끼움 부착된 로터(2a)와 이에 대향하고 또한 동축의 스테이터(2b)를 갖는다. 스테이터(2b)는 밀폐 용기(1)에 고정되어 있다.

크랭크축(3)은 주 베어링(4)을 통해, 그 선단부가 부 베어링(8)에 의해서 지지되어 있다. 이들 주 베어링(4)과 부 베어링(8)과의 사이에는 2개의 실린더(6a, 6b)와 구획판(50)을 갖는다. 2세트의 압축실은 2개의 실린더(6a, 6b)가 구획판(50)에 의해서 구획됨으로써 형성된다. 즉, 구획판(5)은 2개의 실린더(6a, 6b) 사이에 끼워지는 위치에 있다.

이들 실린더(6a, 6b) 내의 위치에 크랭크축(3)에는 크랭크핀부(13, 14)를 갖는다. 또, 이들 실린더(6a, 6b) 내에는 각각 피스톤(10a, 10b)이 수납되어 있다. 이들 피스톤(10a, 10b)은 각각 크랭크핀부(13, 14)에 감입되어 있다. 전동기부(2)에 의해서 크랭크축(3)이 회전 구동되면, 크랭크핀부(13,14)의 편심 회전에 따라서, 피스톤(10a, 10b)이 상호 180°의 위상차로 회전한다.

이들 피스톤(10a, 10b)에는 스프링 부재에 의해서 베인(12a, 12b)이 항상 압접되어 있다. 실린더(6a)에서는 피스톤(10a)과 베인(12a)에 의해, 또 실린더(6b)에서는 피스톤(10b)과 베인(12b)에 의해 각각 압축실이 형성되어 있다. 크랭크축(3)의 회전에 의거한 피스톤(10a, 10b)의 편심 회전에 의해, 실린더(6a, 6b) 내의 압축실은 축소와 확대를 반복한다. 실린더(6a, 6b)의 압축실이 확대될 때, 흡입 파이프(19a, 19b)로부터 공급된 냉매 가스는 이들 압축실에 흡입된다.

그리고 크랭크축(3)의 회전과 동시에 압축실이 축소함으로써, 냉매 가스는압축된다. 냉매 가스의 압력이 어느 크기(토출 압력)로 되면, 실린더(6a) 내의 압축 냉매 가스는 주 베어링(4)과 그 커버(11)에 의해서 형성되는 토출실(17)에 토출된다. 마찬가지로, 실린더(6b) 내의 압축 냉매 가스는 부 베어링(8)과 그 커버(9)에 의해서 형성되는 토출실(15)에 토출된다. 도시하지 않았지만 냉동 사이클을 통하여 압축기로 되돌아가는 냉매 가스는 실린더(6a, 6b)에 의해서 교대로 압축되고, 밀폐 용기(1)로부터 토출 파이프(18)를 통하여 냉동 사이클에 토출된다.

도2는 본 발명의 일 실시예를 도시한 2 실린더 로터리 압축기의 크랭크축(3)의 일부분을 발췌한 도면이다. 중간축(30)은 회전축에 대해 교대로 편심한 제1 크랭크핀(13) 및 제2 크랭크핀(14)을 접속한다. 크랭크축(3)의 일부로도 볼 수 있다. 관통 구멍(51)은 구획판(50)에 설치된 개구부이다. 제1 및 제2 접속부(31, 32)는 중간축(30)의 일부이며, 각각 구획판(50)의 관통 구멍(51) 내에 수납되는 위치에 설치되어 있다. 제1 크랭크핀(13), 제2 크랭크핀(14), 중간축(30), 제1 접속부(32) 및 제2 접속부(31)를 포함하는 크랭크축(3)은 주조에 의해 일체로 형성된다.

제1 피스톤(10a) 및 제2 피스톤(10b)의 회전 운동에 의해서 냉매를 압축하면, 제1 크랭크핀(13) 및 제2 크랭크핀(14)에는 이 압축 하중(도시하지 않음)이 가해진다. 이 압축 하중의 방향은 각각의 크랭크핀의 편심 방향이다. 즉, 도2에 있어서 크랭크축(3)을 좌측 방향(반시계 회전)으로 회전시키는 경사 회전 모멘트가 작용한다. 그 크기는 양 크랭크핀에 작용하는 압축 압력의 합이며, 크랭크축(3)의 회전 위치에 따라서는 크기 변화가 없다. 그러나 상세하게 서술한다면, 한 쪽 피스톤(10)의 외벽면과 실린더(6)의 내벽면에 의해서 형성되는 작동실의 압력이 토출압으로 이루어질 때에 가장 큰 값이 된다.

이 크랭크핀에 의한 압축 하중이 있으므로, 중간축(30)의 편심부 측에는 중간축(30)을 압축하는 방향으로, 또 중간축(30)의 반편심부측에는 중간축(30)을 떼어내는 방향으로 작용하는 응력이 가해진다. 이 때문에, 크랭크축(3)과 같은 직경의 종래의 중간축에서는 이 응력에 따라서 중간축부가 변형되고, 주 베어링(4)이나 부 베어링(8)의 편접촉이 있다는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 도2에 도시한 실시 형태에서는 크랭크축(3)과 거의 같은 직경인 중간축(30)에 각각의 크랭크핀의 편심 방향으로 확장한 접속부[편심 방향을 중심으로 중간축(30)의 직경을 증대시킨 연장부]를 설치했다. 즉, 제1 크랭크핀(13)과 접하는 중간축(30)에는 크랭크핀(13)의 편심 방향으로 확장한 제1 접속부(32)를 제2 크랭크핀(14)과 접하는 중간축(30)에는 크랭크핀(14)의 편심 방향으로 확장한 제2 접속부(31)를 설치했다.

이렇게, 중간축(30)에 설치된 제2 접속부(31)는 크랭크핀(14)의 편심 방향으로 확장되어 있다. 즉, 중간축(30)에 형성된 접속부(31)의 크랭크축(3)에 대하여 수직인 단면(예를 들어 AA단면)은 제2 크랭크핀(14)의 단면에 포함되어 있지만, 제1 크랭크핀(13)의 단면에는 포함되지 않은 부분에 확장되어 있다. 마찬가지로, 중간축(30)에 설치된 제1 접속부(32)는 크랭크핀(13)의 편심 방향으로 확장되어 있다. 즉, 중간축(30)에 형성된 접속부(32)의 크랭크축(3)에 대하여 수직인 단면은 제1 크랭크핀(13)의 단면에 포함되어 있지만, 제2 크랭크핀(14)의 단면에는 포함되지 않은 부분에 확장되어 있다.

이와 같이, 크랭크축(3)의 직경으로부터 확장된 접속부(31, 32)를 중간축(30)에 설치함으로써, 도2에 있어서 크랭크핀이 중간축(30)에 부여하는 하중을 지지하는 것이 가능해지며, 중간축(30)의 변형이 완화되고, 각 베어링의 편접촉이 억제된다.

다음으로 조립법에 대하여 간단하게 설명한다. 도1에 있어서, 전동기부(2) 및 주 베어링(4)은 기존에 밀폐 용기(1) 내에 조립되어 있는 것이다. 제1 크랭크핀(13), 제2 크랭크핀(14), 중간축(30), 제1 접속부(32) 및 제2 접속부(31)를 포함하는 크랭크축(30)에 압축기부(5)를 형성하는 각 부품의 조립에 대하여 설명한다.

제1 크랭크핀(13)에 제1 피스톤(10a)을 조립하고, 그 주위를 덮는 제1 실린더(6a)를 배치한다. 다음에, 구획판(50)을 배치한다. 구획판(50)의 관통 구멍(51)을 크랭크축(3)에 삽입하고 제2 크랭크핀(14)을 통과시킨다. 이 관통 구멍(51)의 내부 직경은 제2 크랭크핀(14)의 외부 직경 보다도 약간 크게 형성되어 있다. 그리고, 구획판(50)이 제2 크랭크핀(14)을 통과한 때, 구획판(50)을 제2 크랭크핀(14)의 반편심 방향으로 이동시킨다. 즉, 구획판(50)의 관통 구멍(51)의 중심이 크랭크축(3)의 중심과 일치하는 방향으로 구획판(50)을 이동시키다. 이어서, 제2 크랭크핀(14)에 제2 피스톤(10b)을 감입하여 그 주위에 제2 실린더를 배치하고, 부 베어링(8)을 부착하여 나사 고정함으로써 압축기부(5)의 조립이 완성된다.

이 조립에 관해서의 유의점을 이하에 설명한다. 첫째로, 제1에 구획판(50)의 관통 구멍(51)이 제2 크랭크핀(14)을 통과 가능하게 하는 직경일 것. 둘째로, 중간축(30)에 설치된 각 접속부가 크랭크축(3)이 회전하여도 관통 구멍(51)의 내벽에 접촉하지 않을 것. 관통 구멍(51)의 내부 직경 내에 중간축(30)이 배치되므로, 중간축(30)에 설치된 각 접속부와 관통 구멍(51)의 내벽이 간섭하면 부하가 걸린다. 셋째로, 제1 접속부(32) 및 제2 접속부(31)의 중간축(30) 상의 축방향의 치수와 구획판(50)의 두께와의 관계가, 구획판(50)이 소정의 위치로 조립 부착 가능한 관계일 것. 즉, 조립시에 구획판(50)이 통과하는 제2 크랭크핀(14)을 구획판(50)이 통과한 후[중간축(30) 근방]에, 관통 구멍(51)의 중심이 크랭크축(3)의 중심에 일치하도록 구획판(50)이 이동 가능한 관계일 것.

제1 사항에 대해서는 관통 구멍(51)의 내부 직경을 제2 크랭크핀(14)의 외부 직경 보다도 크게 하는 것으로 해결된다. 복수 실린더 로터리 압축기에서는 피스톤 단부면(축방향에 있어서 도너츠형 평면)과 구획판 단부면과의 사이는 압축실을 구획하는 밀폐 요소로 이루어져 있다. 편심 운동하는 피스톤의 외부 직경의 궤적과 구획판의 관통 구멍 내부 직경의 거리가 큰 만큼 밀폐성이 높게되므로, 이 관통 구멍 내부 직경은 작은 쪽이 바람직하다. 한편, 크랭크핀 사이에 구획판을 조립하기 위해서는 구획판의 관통 구멍의 내부 직경은 적어도 한 쪽 크랭크핀의 외부 직경보다 커야만 하며, 그 차이는 크랭크핀이 통과 가능한 최소한으로 하는 것이 바람직하다.

제2 사항에 대해서, 도3을 이용하여 설명한다. 이 도면은 도2의 크랭크축(3)의 접속부(31)의 단면 형상을 도시하는 AA 단면도이다. 도3에 있어서, RP2는 제2 크랭크핀(14)(실선)의 중심축을 중심으로 한 외부 반경, RH는 구획판(50)의 관통 구멍(51)(점선)의 내부 반경이다. RJ는 크랭크축(3)을 회전시킬 때, 크랭크축(3)의 중심으로부터 가장 떨어진 제2 접속부(31)의 궤적을 도시하는 원(2점 쇄선부가 1군데 있는 원)의 외부 반경으로 RH보다 작다. 또 2점 쇄선부가 2군데 있는 원은 크랭크핀(13)이다.

즉, 2개의 접속부 중 가장 중간축(30)의 중심으로부터 떨어져 있는 부분의 회전 궤적이 관통 구멍(51) 내부 직경 보다도 내부에 있으면 양자는 접속하지 않는다. 본 실시 형태에서는 도3에 도시한 바와 같이 접속부의 최외부 직경의 회전 궤적이 관통 구멍(51)의 내부 직경 보다도 작게 설정되어 있으므로, 지장없이 크랭크축(3)을 회전시킬 수 있다.

제3 사항에 대해서 설명한다. 여기서, 제1 접속부(32)의 두께와 제2 접속부(31)의 두께(중간축의 축방향의 크기)가 같고, 또 각각의 접속부의 두께가 중간축의 높이의 반이며, 또 구획판(50)의 두께가 제1 접속부(32) 및 제2 접속부(31)의 각각의 두께 보다도 두껍다고 가정한다. 그러면, 조립시에 크랭크핀(14)을 통과한 구획판(50)은 제2 접속부(32)에 접촉한다. 이 때, 관통 구멍(51)은 아직 제2 크랭크핀(14)을 빠져나가지 않았으므로, 제2 크랭크핀(14)에 의해서 가로 방향의 이동이 규제되어 버린다. 이 때문에 상기 가정한 조건에서는 중간축(30)의 위치에 관통 구멍(51)을 배치할 수는 없다.

본 실시 형태에서는 2개의 크랭크핀 사이에 설치된 접속부의 형체를구획판(50)의 두께와 접속부의 두께와의 관계로부터 다음과 같이 규정한다. 조립시에 구획판(50)의 관통 구멍(51)을 통과시키지 않는 제1 크랭크핀(13) 측의 제1 접속부(32)의 제1 크랭크핀(13)과는 반대의 면[본 예에서는 제1 접속부(32)의 제2 크랭크핀(14) 측의 면]과, 관통 구멍(51)을 통과시키는 제2 크랭크핀(14)의 구획판(50)에 대향하는 면(기준선)과의 거리를 구획판(50)의 두께 보다도 크게 했다. 이 조건이 성립하는 범위에서 관통 구멍(51)을 통과시키는 제2 크랭크핀(14) 측의 제2 접속부(31)의 두께는 자유롭게 설정 가능하다. 이 구성에 의해서, 관통 구멍(51)을 제2 크랭크핀(14)을 통과시킨 후, 예정의 위치로 구획판(50)을 이동시키는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에 따르면, 제2 접속부(31)의 단면 형상은 제2 크랭크핀(14)과 고정 위치에 있는 구획판(50)의 관통 구멍(51)이 중복된 범위에 그 일부가 있고, 또 그 일부는 제1 크랭크핀(13)의 단면과는 중복되지 않는 부분을 구비한 단면 형상이 된다. 따라서, 조립시에 제2 크랭크핀(14)과 제2 접속부(31)를 관통 구멍(51)이 통과 가능하며, 운전 중에는 접속하지 않고 회전할 수 있다.

또 본 실시 형태에서는 중간축(30)의 대부분을 차지하는 제2 접속부(31)의 단면 형상을 조립시에 관통 구멍(51)이 통과되지 않는 제1 크랭크핀(13)의 단면과 축방향으로 중복되지 않는 부분에 확장하고 있으므로, 중간축(30)의 단면적이 증가되고, 중간축(30)의 굽힘 변형이 작아진다.

도4는 다른 변형예를 도시하는 도면이다. 도5는 도4에서 구획판(50)의 관통 구멍(51)에 수납된 상태에 있어서의 중간축(300)의 제1 접속부(310)의 단면 형상을 도시하는 BB 단면도이다. 도5에서는 크랭크축(3)의 중간축(300)에 설치된 제1 접속부(310)의 회전축에 대한 수직단면에 있어서의 형상이, 2개의 크랭크핀 중 전동기부(2)에 가까운 제1 크랭크핀(13)의 단면에 포함되고, 또한 제2 크랭크핀(14)의 단면에 포함되지 않은 부분이 있도록 확대되고 있다. 도5에 있어서, RP1은 제1 크랭크핀(13)(실선)의 중심축을 중심으로 한 외부 반경, RH는 구획판(50)의 관통 구멍(51)(점선)의 내부 반경이다. RJ는 제1 접속부(310)의 외부 반경으로 RH보다작다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 접속부(310)의 단면적을 구획판(50)이 조립 가능한 범위에서 최대로 확대함으로써, 중간축(300)의 강성을 크게 할 수 있고, 축의 굽힘 변형이 작은 구조로 할 수 있다.

또, 제1 접속부(310)는 회전축에 대해 편심 언밸런스 중량을 가지고 있다. 2개의 크랭크핀과 피스톤에 의한 언밸런스 중량을 전동기부(2)의 로터(2a) 상하에 설치한 밸런스 중량(40, 41)에서 평형시키는 구조에 있어서, 전동기부(2)에 근접한 쪽에 편심 중량을 설치함으로써, 로터(2a)의 하부에 설치하는 밸런스 중량(40)을 작게 할 수 있다. 이에 따라 밸런스 중량의 재료의 저감, 필요 스페이스의 축소, 또는 밸런스 중량의 원심력에 의한 축 굽힘 변형을 저감할 수 있으므로, 베어링 마찰 손실의 저감, 진동의 저감에 대한 효과가 있다.

또한, 이 경우의 조립에서는 제1 크랭크핀(13)이 관통 구멍(51)을 통과시키는 크랭크핀이 된다.

도6은 다른 변형 예를 도시하고, 도7은 도6의 중간축(300)에 있어서의 제1크랭크핀(13)에 접속하는 제1 접속부(311)의 단면 형상과, 제2 크랭크핀(14)에 접속하는 제2 접속부(312)의 단면 형상을 도시하는 DD 단면도이다.

제1 크랭크핀(13)과 제2 접속부(312)와의 최소 거리 LP1은 구획판(50)의 두께 BS 보다도 크다. 제1, 제2 접속부(311, 312)의 회전축에 대한 수직단면은 각각 접속하고 있는 크랭크핀의 회전축에 대한 수직단면에 포함되고, 또 다른 쪽의 크랭크핀의 회전축에 대한 수직단면에 포함되지 않는 부분에 확장되어 있다.

또, 상기 2개의 접속부의 단면 형상을 동심의 같은 외부 직경의 원으로 하면 이 부분을 포함하는 양자의 접속부의 단면 형상을 최대로 또 가공 용이하게 형성할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 도2에 도시한 것에 비하여 관통 구멍(51)이 통과하지 않는 측의 제2 접속부(312)의 두께를 크게 할 수 있다. 중간축(300)의 접속부(311, 312)의 단면 형상은 한 쪽의 크랭크핀과 구획판(50)의 관통 구멍(51)이 중복된 범위이며, 또 다른 쪽의 크랭크핀의 단면과는 중복되지 않은 부분인 구성이다. 따라서, 조립시 크랭크핀과의 거리가 구획판(50)의 두께보다 큰 한 쪽의 접속부에 대해, 다른 쪽의 접속부와 그 다른 쪽의 접속부가 접속하고 있는 크랭크핀을 관통 구멍(51)이 통과 가능하며, 또 양쪽의 접속부는 운전중 관통 구멍(51)과는 접속하지 않고 회전할 수 있다. 따라서, 접속부의 단면 형상은 구획판(50)의 조립 가능한 범위에서 확장하고 있으므로, 이 부분의 단면적이 증가되고, 중간축(300)의 굽힘 변형을 작게 한 구조이다.

도8은 본 발명의 2 실린더 로터리 압축기(1)의 다른 실시예를 도시한 것이다. 주요한 구성에 대하여 도1과 마찬가지의 부호가 부여되어 있다.

도8에서는 압축실에 대해서의 설명을 다음과 같이 서술한다. 압축기부(5)는 제1 압축실(31) 및 제2 압축실(41)로 이루어진다. 제1 압축실(31)은 제1 실린더(6a)와 크랭크축(3)을 지지하는 주 베어링(4)(레이디얼 베어링)에 일체로 가공된 상부 밀폐판(20)과, 제1 압축실(31)과 제2 압축실(41)을 구획하는 구획판(50)으로 구성되어 있다. 제2 압축실(41)은 제2 실린더(6b)와 크랭크축(3)을 지지하는 부 베어링(8)에 일체로 가공되어 있는 하부 밀폐판(60)과, 구획판(50)으로 구성되어 있다.

또, 도8에 있어서 본 도면에서는 상세하게 기재되어 있지 않지만, 상부 밀폐판(20)의 일부가 크랭크축의 일부와 스러스트(thrust) 방향으로 접촉하는 구성으로 이루어져 있다. 또, 하부 밀폐판(60) 크랭크축의 일부(100)에서 스러스트 방향의 하중을 지지하는 구성으로 이루어져 있다.

도9는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 2 실린더 로터리형 압축기(1)의 크랭크축(3)의 일부분을 발췌한 도면이다. 도10은 도9의 축방향인 A측에서 본 상면도이다.

크랭크축의 내부는 도10의 (a) 및 도10의 (b)에 도시한 바와 같이 중공부(33)가 설치되어 있다. 도10의 (a)와 도10의 (b)와의 차이는 중간축(112a, 112b)이 도10의 (a)는 대략 타원형상을 하고 있는 것으로, 도10의 (b)는 완전히 원형상으로 한 것이다.

도10의 (a)에 도시한 바와 같이 제1 크랭크핀(13) 측의 중간축(112a)은 축방향으로 직각인 방향의 면적(단면)이 제1 크랭크핀(13)의 편심 방향으로 확대된 구조로 하고 있다. 즉, 중간축(112a)의 중심 (P_u1)이 크랭크축(3)의 회전 중심(O₁)으로부터 제1 크랭크핀의 길이 방향으로 어긋난 구성이다.

또, 제2 크랭크핀(14) 측의 중간축(112b)은 제2 크랭크핀(14)의 편심 방향으로 확대된 구조이다. 즉, 중간축(112b)의 중심(P_s1)이 크랭크축(3)의 회전 중심(O₁)으로부터 제2 크랭크축의 길이 방향으로 어긋난 구성이다. 그 때문에 중간축(112a)과 중간축(112b)의 사이는 단차가 있는 구조이다.

도10의 (b)에 있어서는 중간축(112a, 112b)의 단면 형상이 원형으로 이루어져 있다. 이 때문에, 크랭크축(3)의 중심(P_u2, P_s2)의 회전 중심(O₁)으로부터의 어긋남 양은 도10의 (a)보다 작게 하는 것이 가능해진다. 또, 형상을 원형으로 함으로써 도10의 (a)의 다른 형상 보다도 가공이 약간 용이해진다. 도10의 (a), (b) 어느 경우에 있어서도, 중간축의 직경을 크게 할 수 있기 때문에, 중간축의 굽힘 변형이 작아진다.

도11은 다른 실시예의 크랭크축의 일부분을 발췌한 도면이다. 도9와의 차이는 도9에서는 중간축(112a)과 중간축(112b)의 축방향 길이를 대략 같게 형성했지만, 본 실시예에서는 단차부가 제1 크랭크핀(13) 측으로 어긋난 구조로 했다. 즉, 중간축(112a)의 높이 h1을 중간축(112b)의 높이 h2 보다도 작아지도록 형성한 것이다.

본 실시 형태의 2 실린더 로터리 압축기에서는 도8에 도시된 바와 같이, 스러스트 베어링이 2군데 설치되어 있다. 스러스트 베어링은 제1 크랭크핀(13)의 상측과, 제2 크랭크핀(14)의 하측이다. 본 실시 형태의 압축기의 설치는 전동기부(2)를 상측, 즉 제1 크랭크핀(13)을 상측으로 설치한다. 그 때문에 스러스트 하중은 하측의 스러스트 베어링 쪽이 크다. 따라서, 중간축의 변형에 의해서 크랭크핀이 기운 경우, 스러스트 베어링에의 불균형한 접촉은 하측 쪽이 크다. 그 때문에, 도11에 도시한 바와 같이 하측의 중간축(112b)을 높게 함으로써, 하측의 크랭크핀 즉 제2 크랭크핀의 넘어짐 변형을 작게 하여, 스러스트 베어링에의 불균형한 접촉을 저감할 수 있다.

다음으로 도22를 이용하여, 본 실시 형태의 압축기의 조립 공정을 설명한다. 또한, 도22에서는 상부 밀폐판을 하방으로 하여 조립하였지만, 이 반대여도 바람직하고, 크랭크축을 가로 방향으로 하는 것도 바람직하다.

도22의 (1) : 상부 밀폐판(20)과 주 베어링(4)의 일체 부품에, 제1 실린더(6a)와 피스톤(10a)을 상부 밀폐판(20)의 하측으로부터의 볼트에 의해 임시로 조립한다.

도22의 (2) : 크랭크축(3)을 피스톤(10a)의 구멍부와 주 베어링(4)의 구멍부가 맞도록하여 삽입한다. 다음에, 크랭크축(3)을 세트한다. 크랭크축(3)을 세트하는 것은 크랭크축의 위치 결정하는 것으로 피스톤(10a)과 제1 실린더(6a)와의 사이의 간극을 간극 게이지로 측정하면서 위치를 결정하고, 상부 밀폐판(20)의 하측으로부터의 볼트로 체결하여 고정한다.

도22의 (3) : 구획판(50)을 삽입한다. 구획판(50)은 중간축(112a)과 중간축(112b)의 단차 즉 중간축(112a)에 부착될 때까지 삽입한다.

도22의 (4) : 구획판(50)을 중간축(112a)이 들어가는 곳까지 가로로 옮긴다.

도22의 (5) : 구획판(50)을 세트한다.

도22의 (6) : 제2 실린더(6b)를 삽입하고, 도시하지 않은 매립 볼트로 세트한다.

도22의 (7) : 부 베어링을 겸한 하부 밀폐판(60)을 삽입하고 세트한다.

조립을 고려한 경우의 중간축(112)과 구획판(50)과의 구조상의 관계는 도22의 (4)의 공정에서 구획판(50)을 옮기기 위해, 구획판(50)의 두께를 중간축(112b) 보다도 얇게 할 필요가 있다. 구획판(50)이 중간축(112b) 보다도 두꺼우면, 제1 크랭크핀(13)에 맞닿아 구획판(50)을 가로로 옮길 수 없게 된다.

도11에 있어서의 크랭크축(3)의 구성에서는 중간축(112b)이 충분히 두껍기 때문에 조립하기 쉬워진다.

도12는 또 다른 실시예에 있어서의 크랭크축(3)이다. 도13은 도12에 있어서의 크랭크축(3)을 상방의 B방향으로부터 본 상면도이다. 도9와 다른 점은 도9에서는 중간축의 외주가 그 중간축에 가까운 쪽의 크랭크핀의 외주와 일치하는 부분을 가지고 있다. 이에 대하여, 본 실시예에서는 제1 크랭크핀(13) 측의 중간축(112a)(점선으로 도시함)은 제1 크랭크핀(13)의 중심(X₁, X₂)과 동심으로 이루어지는 구성으로 하였다. 또, 제2 크랭크핀(14) 측의 중간축(112b)은 제2 크랭크핀(14)의 중심(Y₁, Y₂)과 동심으로 이루어지는 구성으로 하였다. 각각의 중간축은 각각의 크랭크핀의 외주 보다도 내측에 있도록 구성하고 있다. 이에 따라, 중간축 직경을 확대하여 굽힘 변형을 저감할 수 있는 동시에, 크랭크핀과 동심이므로 가공도 행하기 쉬워진다.

도14는 도9 내지 도13의 중간축(112a)과 중간축(112b) 사이의 단차부를 순조롭게 하여 각을 제거한 구성이다. 이에 따라, 각부의 응력 집중을 저감할 수 있다.

도15는 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 단면도이다. 본 실시예와 도9와의 구성의 차이는 2개의 중간축의 중간에 소정의 높이에서 외주가 각각의 중간축의 양 편차 방향으로 넓힌 외주와 일치하는 부분을 설치한 구성으로 한 것이다. 환언하면 단차 부분의 크랭크핀의 편심 방향의 긴측과 짧은측에서 변한 구조로 한 것이다. 중간축(113)의 단차부(113a)를 제2 실린더의 한계까지 높게 하고, 단차부(113b)를 제1 실린더의 한계까지 높게 한 구성이다. 이 구성에 의해, 중간축(113)은 제1 크랭크핀, 제2 크랭크핀 및 구획판으로 형성되어 있는 공간을 최대한으로 사용할 수 있어, 중간축의 굽힘 변형을 더욱 저감할 수 있다.

도16은 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 단면도이다. 도9의 실시예와 본 실시예와의 상위점은 도9의 실시예에서는 중간축(112a, 112b)을 설치하고 있지만, 본 실시예는 중간축을 없앤 것이다. 즉, 제1 크랭크핀(13)과 제2 크랭크핀(14)이 구획판(50)의 내부 방향까지 연장되어 중간축을 없앤 것이다. 본 구성으로 함으로써, 중간축을 설치한 도9 내지 도15에서 도시한 실시예의 경우 보다도 더욱 크랭크축이 구부러지기 어려운 구성으로 이루어진다. 구획판(50)에 설치된 구멍은 제1 크랭크핀(13)과 제2 크랭크핀(14)의 회전 궤적의 최대 원 직경 보다도 커서 접촉을 방지할 필요가 있다. 이 경우, 구획판(50)과 제1 피스톤(10a) 및 제2 피스톤(10b)과의 사이의 접촉면에서 필요한 시일 면적이 구멍을 큰 직경으로 함으로써 보다 작아진다.

시일 면적을 확보하기 위해서는 제1, 제2 피스톤(10a, 10b)의 외부 직경을 크게 하는 방향으로 몸체 두께를 두껍게 하면 좋다. 이 때, 압축실의 용적이 작아지므로, 제1, 제2 실린더(6a, 6b)의 내부 직경도 크게 되어 용적을 유지하면 좋다. 즉, 실린더의 형상으로서는 편평한 형상이 된다. 본 구성으로 함으로써, 실린더(6a 및 6b)에 의해 형성된 2개의 압축실 사이의 크랭크축(3)의 직경을 전동기부(2)의 로터(2a)에 끼움 부착된 크랭크축(3)의 직경 보다도 크게 할 수 있다.

또한, 도16에 도시한 바와 같이 중간축이 없는 경우가 가장 축의 강성이 높아지고 구부러지기 어려워지지만, 중간축이 있는 경우는 그 길이가 짧으면 짧을수록 좋다. 그 때문에 중간축이 있는 경우는 구획판(50)을 얇게 한 구조로 하면 좋다. 또한, 구획판(50)을 변형 강도상 한계의 두께까지 얇게 한 경우에도 역시 중간축이 없는 경우가 가장 좋다.

도17은 또 다른 실시예를 도시하는 압축기의 일부분을 도시하는 도면이다. 도16의 압축기에서는 제2 크랭크핀(14)은 구획판(50)의 두께 부분이 연장되어 있는 구성이다. 이에 따라, 크랭크축의 강성이 고조되고, 굽힘 변형하기 어렵게 된다. 또, 크랭크핀의 연장은 제1 크랭크핀에서도 좋다. 이 경우도 도14와 마찬가지로, 중간축이 있는 경우는 그 길이가 짧으면 짧을수록 좋다. 또, 크랭크축(3)에 있어서 스러스트 베어링 기구를 설치한 압축기에 있어서, 본 실시예는 효과가 상승된다. 또, 제1 및 제2 피스톤(10a, 10b)과 구획판(50)과의 시일 면적도 상기 도16에서 설명한 방법과 마찬가지이다.

도18은 도16에서 도시한 실시예에서 더욱 크랭크축의 굽힘 변형을 작게 하는 구성을 도시하는 실시예이다. 제1 크랭크핀(13)을 상부 밀폐판의 방향으로 연장하고, 제2 크랭크핀(14)을 하부 밀폐판(60)의 방향으로 연장한 구성이다.

이상으로 설명한 압축기의 크랭크축의 굽힘 변형의 양을 실제로 측정하는 것은 상당히 어렵다. 그 때문에, 본 발명자들은 유한 요소법(FEM)을 사용한 컴퓨터 시뮬레이션에 의해서, 크랭크축의 굽힘 변형을 해석했다. 크랭크축에는 가스 하중, 베인이 스프링(도시하지 않음)에 의해 롤러를 가압하는 힘, 크랭크축과 롤러의 원심력으로부터 요구되는 힘이 가해진다. 그 결과, 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀과의 사이의 중간축에 있어서 굽힘 변형이 생긴다.

도19는 냉매로 R410A를 사용한 때의 ASHRAE/T 조건, 즉 흡입 가스의 압력이 0.996 MPa, 토출 가스의 압력이 3.374 MPa의 조건을 입력 조건으로 한 경우의, 컴퓨터 시뮬레이션 결과(510)를 도시한다. 또한, 계산 초기치로서 입력한 해석 모델(610)도 중복되어 도시한다. 크랭크축은 중간축의 부분에서 굽힘 변형이 생기고 있다. 크랭크축의 해석 결과의 평가 방법으로서는, 주 베어링의 상단부의 위치에 대응하는 부분의 크랭크축의 변위가 설정 간극의 최소치에 대하여 어떻게 되어 있는가를 각각의 비로서 산출하였다.

도20은 크랭크축이 굽힘 변형을 일으킨 상태에 있어서의 크랭크축의 주 베어링 상단부의 변위(B)와, 설정 간극의 최소치(C)와의 관계를 도시하는 도면이다. 도20에는 굽힘 변형 후의 크랭크축(710)과 초기 상태의 크랭크축(3)을 도시하였다.

도21은 컴퓨터 시뮬레이션의 결과를 통합한 도면이다. 횡축은 크랭크 소재의 탄성율과, 중간축 단면적(중간축의 회전축에 수직인 단면적으로, 크랭크축 전체에 관통하고 있는 중공 구멍부의 면적을 포함함)과의 곱으로 하여 X(kg)로 도시하였다. 종축은 크랭크축의 주 베어링 상부의 변위(B)를 설정 간극의 최소치(C)로 나눈 값으로 베어링 간극 비로서(Y)로 도시했다.

이 도면에서는 베어링 간극비(Y)가 1이상일 때 주 베어링이 접촉하고, 그 값이 큰 만큼 접촉 반력이 커져 마찰 손실을 증대시킨다. 베어링 간극비(Y)가 1보다 작을 경우는 축과 주 베어링은 접촉하지 않는다.

도21에 도시한 실선은 데이터 점을 지수 함수로 근사한 평균치의 외삽선으로 이 식도 동시에 도시된다. 또, 상기 평균치의 외삽선의 상하로 도시한 파선은 각각 근사한 지수 함수가 최대 및 최소가 되는 경우의 외삽선이다. 베어링 간극비(Y)가 1보다 작게 하기 위한 경우로서는 최소의 외삽선을 참조하면, 탄성율과 중간 단면적과의 곱(X)이 도21에 F 화살표로 도시한 4.066 × 10⁶kg 이상의 경우가 좋은 것을 알 수 있다. 또한, 평균적인 설계를 고려하여 평균 외삽선을 참조하면, X는 도21에 E로 도시한 5.163 × 10⁶kg 이상의 경우가 좋은 것을 알 수 있다. 또한, 안전한 경우를 고려하여 최대 외삽선을 참조하면, X는 도21에 G로 도시한 7.454 × 10⁶kg 이상의 경우가 좋은 것을 알 수 있다. 덧붙여 말하면, 간극을 최소치로 하고 해석에 있어서의 변형이 최대가 되도록 결과 데이터를 계산하고 있으므로, 통상은 도21에 F로 도시하는 조건을 만족하고 있다면 바람직하다. 이들을 만족하는 탄성율과 중간축 단면적을 설정함으로써, 축의 굽힘 변형이 작아지며, 마찰 손실을 저감할 수 있고, 또한 밀폐판, 롤러, 구획판 등의 간극의 증대를 억제하고, 압축 가스의 누설을 저감할 수 있다.

크랭크축 소재의 탄성율은 높은 쪽이 구부러지기 어려워 좋지만, 재료 비용과 가공성을 고려하면 주강인 FC계의 재료로, 예를 들어 FC200 내지 FC400 상당(탄성율은 11000 kg/㎟ 내지 18000 kg/㎟ 상당)이 바람직하다. 또 그 범위의 재료에서도 탄성율이 낮은 재료 쪽이 비용이 싸기 때문에, 중간축 직경과의 관계에서 선정하는 것이 된다. 이에 따라 탄성율이 높은 재료를 사용하면, 특수 사양 등으로 이루어져 비용이 높아진다.

이상 본 발명에 따르면, 복수 실린더를 갖는 로터리 압축기에 있어서, 크랭크축 직경을 작게 설계하는 것을 지향하는 가운데 크랭크핀 사이의 굽힘 변형을 저감할 수 있고, 크랭크축과 베어링, 크랭크핀과 피스톤 내면 혹은 각 실린더를 밀폐하는 단부판 및 구획판 단부면과 피스톤 단부면의 편접촉이 적게 되므로, 마찰 손실이 작아지며 기계 효율의 손실이 저감된다. 또, 크랭크축과 베어링, 피스톤과 단부판이나 구획판 단부면과의 여분인 간극도 작게 할 수 있기 때문에, 누설이 적게 되어 체적 효율의 저감을 억제할 수 있다. 이들 효과에 의해 크랭크축의 변형에 따른 성능의 저하를 억제할 수 있다.

Claims (10)

1. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부를 구비하고, 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 압축기부는 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤을 구비하고, 제1 실린더 및 제2 실린더 내에 형성된 2개의 압축실 사이의 크랭크축의 직경이 전동기부의 로터에 끼움 부착된 크랭크축의 직경 보다도 큰 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리 압축기.
2. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 상기 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리 압축기로서,

   상기 제1 및 제2 크랭크핀 사이를 접속하는 중간축에 설치되고, 이들 크랭크핀의 편심 방향으로 연장하고, 또한 각각의 크랭크핀에 일체로 형성된 접속부를 구비한 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리 압축기.
3. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 상기 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리 압축기로서,

   상기 제1 및 제2 크랭크핀 사이를 접속하는 중간축에 설치되고, 이들 크랭크핀의 편심 방향으로 연장하고, 또한 각각의 크랭크핀에 일체로 형성된 접속부를 구비하고, 이 접속부의 최외 직경의 회전 궤적은 상기 구획판의 관통 구멍의 내부 직경 보다도 작게 설정한 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리 압축기.
4. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크와 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 상기 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리 압축기로서,

   상기 제1 및 제2 크랭크핀 사이를 접속하는 중간축에 설치되고, 이들 크랭크핀의 편심 방향으로 연장하고, 또한 각각의 크랭크에 일체로 형성된 접속부를 구비하고, 한 쪽의 크랭크핀 측에 형성된 접속부의 이 크랭크핀과의 반대면과 다른 쪽의 크랭크핀의 상기 구획판에 대향하는 면의 기준선과의 거리 보다도 상기 구획판의 두께를 얇게 설정한 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리 압축기.
5. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치되고 상기 제1 혹은 제2 크랭크핀의 외부 직경보다 큰 내부 직경의 관통 구멍을 갖는 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심 운동하는 제1, 제2 피스톤과 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리 압축기로서,

   상기 제1 크랭크핀과 상기 제2 크랭크핀과의 사이에 구성된 중간축 중, 상기 구획판의 관통 구멍 내에 수납되는 부분의 회전축에 대한 수직단면이, 상기 제1 크랭크핀 혹은 상기 제2 크랭크핀 중 한 쪽의 크랭크핀의 회전축에 대한 수직 단면에 포함되고, 또 다른 쪽의 크랭크핀의 회전축에 대한 수직단면의 부분에 포함되지 않는 부분이 있고, 또한 외형과 회전 축심으로부터의 거리의 최대치가 상기 구획판의 관통 구멍의 내부 반경 보다도 작은 접속부를 구비한 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리 압축기.
6. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 제1 크랭크축과 상기 제2 크랭크축과의 사이에 중간축을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치된 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리형 압축기로서,

   상기 중간축이 축방향으로 단차부를 갖고, 상기 중간축의 상기 단차부에서 구획된 직경 방향 단면이 상기 제1 크랭크핀과 상기 제2 크랭크핀의 직경 방향 단면의 중복되는 부분보다 커지도록 구성하는 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리형 압축기.
7. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 제1 크랭크축과 상기 제2 크랭크축과의 사이에 중간축을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치된 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리형 압축기로서,

   상기 중간축의 직경 방향 단면이 상기 제1 크랭크핀과 상기 제2 크랭크핀의 직경 방향 단면의 중복되는 부분보다 크며, 상기 제1 크랭크핀 측과 상기 제2 크랭크핀 측의 상기 중간축의 중심을 각각의 크랭크핀의 길이 방향으로 편심시킨 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리형 압축기.
8. 제7항에 있어서, 상기 중간축의 상기 제1 크랭크핀 측과 상기 제2 크랭크핀 측과의 사이에 단차부를 설치하고, 상기 주 베어링 측에 설치된 상기 제1 크랭크핀 측에 근접하는 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리형 압축기.
9. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해서 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 제1 크랭크축과 상기 제2 크랭크축과의 사이에 중간축을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치된 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리형 압축기로서,

   상기 중간축의 직경 방향 단면이 상기 제1 크랭크핀과 상기 제2 크랭크핀의 직경 방향 단면의 중복되는 부분보다 크며, 상기 중간축이 상기 제1 크랭크핀 및/또는 상기 제2 크랭크핀과 동심으로 가공되어 있는 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리형 압축기.
10. 밀폐 용기 내에 전동기부와 압축기부가 크랭크축에 의해 연결되고, 상기 크랭크축은 회전축에 대하여 편심한 제1 크랭크핀과 제2 크랭크핀을 구비하고, 상기 제1 크랭크축과 상기 제2 크랭크축과의 사이에 중간축을 구비하고, 상기 압축기부는 상기 크랭크축을 지지하는 주 및 부 베어링과, 상기 주 및 부 베어링 사이에 설치된 구획판에 의해서 구획된 제1, 제2 실린더와, 상기 제1, 제2 실린더 내에서 상기 크랭크축의 회전에 따라서 편심하는 제1, 제2 피스톤과, 상기 크랭크축을 구비한 복수 실린더 로터리형 압축기로서,

    상기 중간축의 직경 방향 단면이 상기 제1 크랭크핀과 상기 제2 크랭크핀의 직경 방향 단면의 중복되는 부분보다 크며, 상기 제1 크랭크핀과 상기 제2 크랭크핀이 연접하고 있는 것을 특징으로 하는 복수 실린더 로터리형 압축기.