KR100447514B1 - 밀폐형로터리압축기 - Google Patents

Abstract

상부측에 회전축을 갖는 전동요소와, 하부측에 이 전동요소의 회전축에 의해서 구동되는 압축요소를 수용한 밀폐형 로터리 압축기의 고출력화 및 C.O.P의 향상을 도모한다.

상기한 회전축(4)의 상단에서 편심부까지의 지름(D1)과 상기 회전축의 편심부에서 하단까지의 지름(D2)의 비(比)(D2/D1)을 1 미만으로 하고 바람직하게는 토출포트(23A)가 실린더내에 개구하는 포트부분(23B)의 면적을 상기 토출포트(23A)의 전체 단면적에 대하여 50%이상으로 하며, 롤러(19)의 몸통두께를 실린더내에 개구하는 상기의 포트부분(23B)를 폐쇄(seal)하는데 충분한 두께로 한다.

Description

밀폐형 로터리 압축기

본 발명은 밀폐형 로터리 압축기에 관한 것이며, 더 상세하게는 고출력화와 함께 C.O.P를 향상시킨 밀폐형 로터리 압축기에 관한 것이다.

도 7은 공조(공기조화), 냉동용 등에 사용되고 있는 종래의 밀폐형 로터리 압축기(일본국 실공평 3-26309호 공보)의 단면도이다.

도 7에 있어서, 50은 저부에 오일이 저류된 오일탱크(51)을 갖는 밀폐용기이며, 이 용기내에는 상부측에 전동요소(52), 그리고 하부측에 회전압축요소(53)이 각각 수용되어 있다.

상기 전동요소(52)는 회전축(54)에 장착된 회전자(55)와, 외부둘레에 오일 귀환 구멍(oil return hole)(56)을 형성한 고정자(57)로서 구성되어 있다.

58은 회전자(55)의 외부둘레와 고정자(57)의 내부둘레로 형성된 에어 갭(air gap)이다.

59는 회전자(55)의 엔드 링(end ring)(60)에 설치된 반(半)링 형태의 밸런서(balancer)이며, 61은 고정자(57)에 내장된 권선(卷線)(62)의 코일 엔드(coil end)이다.

회전압축요소(53)은 실린더(63)과 회전축(54)의 편심부(64)에 의해서 실린더(63)내를 회전하는 롤러(65)와 이 롤러에 접해서 실린더(63)내를 나누는 베인(66)과 실린더의 개구부를 봉쇄하는 상부 축받이부(67)과, 하부 축받이부(68)과, 이 하부 축받이부에 토출밸브(69)를 구비한 도시하지 않은 토출포트(69A)와, 이 토출밸브를 덮는 캡머플러(70)으로 구성되어 있다.

71은 상부 축받이부(67)에 설치된 토출구멍으로서 이 토출구멍은 실린더(63)에 설치한 통로(72)를 통해서 캡머플러(70)내로 연통하고 있다.

73은 밀폐용기(50)의 상부중앙에 관통 설치되어 있는 토출관이며, 이 토출관의 개구끝부는 밀폐용기(50)의 내벽에 설치된 바닥이 있는 원뿔사다리꼴통형의 냉매흡입 캡(cap)(74)로 덮혀있다.

75는 냉매흡입캡(74)의 저부중앙에 뚫려있는 투과구멍으로서 이 투과구멍은 회전축(54)에 근접하고, 또한 대향하는 상태로 배치되어 있다.

이 구조의 밀폐형 압축기에서는 회전압축요소(53)으로 압축된 냉매가 전동요소(52)의 에어 갭(58)을 통과하여 상기 전동요소의 상부로 송출된다.

그리고, 전동요소(52)의 상부로 송출된 냉매는 회전자(55)의 회전에 의한 원심력으로, 내부에 포함되어 있는 오일이 분리된다.

이 분리된 오일은 고정자(57)측으로 흩뿌려진다.

이 때문에 회전자(55)의 상부에는 오일을 포함하지 않은 냉매가스만 존재하고, 이 냉매가스는 냉매흡입캡(74)의 저부에 설치된 투과구멍(75)에서 이 흡입캡내로 유입하여 토출관(73)으로부터 밀폐용기(50)의 밖으로 토출된다.

분리된 오일은 고정자(57)의 외부둘레에 형성된 오일 귀환구멍으로 밀폐용기(50)의 오일탱크(51)에 되돌려진다.

도 4의 (a)는 상부 회전축(54a)(지름D1), 편심부(64), 하부 회전축(54b)(지름D1)이 일체로 구성된 종래의 회전축(54)의 단면도이며, 편심부(64)에 롤러(65)가 장착되어 있다.

도 4의 (b)는 상기한 (a)의 회전축(54)를 밑에서 본 단면도이다.

도 5는 실린더(63), 롤러(65), 베인(66), 토출포트(69A), 토출포트(69A)가 실린더(63)내에 개구하는 포트부분(69B) 등의 관계를 설명하는 설명도이다.

밀폐형 로터리 압축기의 출력을 크게 하기 위해서는 편심량E[도 4의 (b)에 나타낸 회전축(54)의 중심과 편심부(64)의 중심과의 편차를 나타내는 량]를 크게 하는 것이 고려될 수 있다.

그러나, 편심량E를 크게 하면 그에 수반하여 롤러(65)의 외부지름(R)이 작게되어, 롤러(65)의 몸통두께는 얇아진다.

편심부(64)의 외부지름은 적절하고 필요한 외경이 되도록 바꾸는 것으로 한다.

종래의 회전축(54)는 상부 회전축(54a)(지름D1), 편심부(64), 하부 회전축(54b)(지름D1)이 일체로 구성되어 있으며, 상부 회전축(54a)의 지름D1과 하부 회전축(54b)의 지름D1이 동일하므로 편심량E를 너무 크게 하면 롤러(65)를 편심부(64)에 장착할 수 없게되는 문제가 있다.

한편 도 5에 나타내는 바와같이, 토출포트(69A)가 실린더(63)내에 개구하는 포트부분(69B)(파선으로 표시하는 부분)은 포트부분(69B)를 덮고 있는 롤러(65)의 끝면에 의해서 폐색되어 있으므로, 롤러(65)의 몸통두께를 작게하면 폐색이 불충분하게되어, 롤러(65)의 끝면에서의 가스누설이 증대하는 문제가 있다.

그래서 토출포트(69A)의 톱 클리어런스 볼륨(top clearance volume)을 확대하지 않고 (톱 클리어런스 볼륨을 확대하는 것은 무효용적을 증대하는 것이므로 바람지하지 않다), 토출포트(69A)의 위치를 바꾸어 실린더(63)내로 개구하는 포트부분(69B)의 면적을 작게 하여 이 문제를 개선하려고 하면, 토출가스의 통로저항이 증대하여 밀폐형 로터리 압축기의 C.O.P가 저하하는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 고출력화함과 동시에 C.O.P를 향상시킨 밀폐형 로터리 압축기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 밀폐형 로터리 압축기의 일예를 나타내는 단면도.

도 2(a)는 본 발명에서 사용하는 회전축의 단면도이며,

(b)는 (a)의 회전축을 밑에서 본 단면도.

도 3은 본 발명에서 사용하는 실린더, 롤러, 베인, 토출포트, 토출포트가 실린더내에 개구(開口)하는 포트부분 등의 관계를 설명하는 설명도.

도 4(a)는 종래의 회전축단면도이며,

(b)는 (a)의 회전축을 밑에서 본 단면도.

도 5는 종래의 실린더, 롤러, 베인, 토출포트, 토출포트가 실린더내에 개구하는 포트부분 등의 관계를 설명하는 설명도.

도 6은 토출포트가 전체단면적에 대한, 실린더내에 개구하는 포트부분의 면적비율과 밀폐형 로터리 압축기의 C.O.P비율을 나타내는 그래프.

도 7은 종래의 밀폐형 로터리 압축기의 단면도.

(도면의중요부분에대한부호의설명)

1. 밀폐용기

2. 오일탱크

3. 전동요소

4. 회전축

4a. 상부 회전축

4b. 하부 회전축

5. 회전압축요소

6. 고정자

7. 에어 갭(air gap)

8. 회전자

9. 오일 귀환 구멍(oil return hole)

17. 실린더

18. 편심부(偏心部)

19. 롤러

20. 베인(vane)

21. 상부 축받이부

22. 하부 축받이부

23. 토출밸브

23A. 토출포트

23B. 포트부분

24. 캡 머플러

25. 토출구

26. 냉매토출관(파이프)

27. 엔드 캡

29. 분리판

30. 흡입포트

본 발명자들은 이와같은 문제에 대하여 예의 연구한결과, 상부 회전축, 편심부, 하부 회전축이 일체로 구성되어 있는 회전축의 상부 회전축 지름보다 하부 회전축 지름을 작게하면, 편심량E를 크게 하였을때에, 롤러 편심부에 장착할 수 없는 문제를 해결할 수 있게 하고 또, 그에 따라서 롤러의 몸통두께도 두껍게 할 수 있으므로, 토출포트가 실린더내로 개구하는 포트부분의 면적을 증대하여도 폐색이 충분하게 되어 롤러의 끝면에서 가스가 누설되는 문제를 해결할 수 있기 때문에 고출력화함과 동시에 C.O.P의 향상을 꾀할 수 있다는 것을 발견하여 본 발명을 이루게 되었다.

본 발명의 청구항1의 발명은, 상부측에 회전축을 갖는 전동요소와 하부측에 이 전동요소의 회전축에 의해서 구동되는 압축요소를 수용하고, 흡입한 냉매를 이 압축요소에 의해서 압축하여 밀폐용기내로 토출한 후, 밀폐용기 바깥으로 토출하도록한 밀폐형 압축기로서, 상기 회전 압축요소는 흡입포트를 구비한 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 의해서 실린더내를 회전하는 롤러와, 이 롤러에 접해서 실린더내를 나누는 베인과, 실린더의 개구부를 봉쇄하는 상부 축받이부와, 하부 축받이부와, 이 상부 축받이부에 설치된 토출밸브를 구비한 토출포트와, 이 토출밸브를 덮는 캡머플러로 구성된 밀폐형 압축기에 있어서, 상기한 회전축의 상단에서 상기의 편심부까지의 지름(D1)과 상기 회전축의 편심부에서 하단까지의 지름(D2)의 비(比)(D2/D1)을 1 미만으로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 로터리 압축기이다.

본 발명의 청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재한 밀폐형 로터리 압축기에 있어서, 상기 토출포트의 톱 클리어런스 볼륨을 확대하지 않고 토출가스의 통로저항을 저감시키기 위해서 상기 토출포트가 실린더내로 개구하는 포트부분의 면적을 토출포트의 전체단면적에 대해서 50%이상으로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 로터리 압축기이다.

본 발명의 청구항 3에 기재한 발명은, 청구항 2에 기재한 밀폐형 로터리 압축기에 있어서, 상기 토출포트에서의 냉매의 누설을 방지하기 위해서, 상기한 롤러의 몸통 두께를 실린더내로 개구하는 상기 포트부분을 폐색하는데 충분한 두께로 하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 로터리 압축기이다.

본 발명의 청구항 4에 기재한 발명은 청구항 1내지 3항에 기재한 밀폐형 로터리 압축기에 있어서, 상기한 비(比)(D2/D1)를 12.5/16이상 1 미만으로 한 것을 특징으로 한다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 밀폐형 로터리 압축기의 일예를 나타내는 단면도이다.

도 1에 있어서, 1은 저부에 오일이 저류된 오일탱크(2)를 갖는 밀폐용기로서, 이 용기내에는 상부측에 전동요소(3)이, 하부측에는 이 전동요소의 회전축(4)에 의해서 구동되는 회전압축요소(5)가 수용되어 있다.

전동요소(3)은 밀폐용기(1)의 내벽에 고착된 고정자(6)과 이 고정자(6)내부에서 에어 갭(air gap)(7)을 통해서 회전축(4)에 삽입장착된 회전자(8)로 구성되어있다.

고정자(6)은 외부둘레에 커팅(cutting)으로 만든 오일 귀환 구멍(9)를 갖는 철심(10)과, 상, 하로 면하게 한 코일 엔드(11)을 갖는 권선(12)로 구성되어 있다.

회전자(8)은 철심(13)과, 이 철심(13)의 상, 하단에 설치된 엔드 링(14)로 구성되어 있다.

이 엔드 링에는 반(半)링 형상의 상부밸런서(15)와 하부밸런서(16)이 설치되어 있다.

회전압축요소(5)는 실린더(17)과, 회전축(4)의 편심부(18)에 의해서 실린더(17)내를 회전하는 롤러(19)와, 이 롤러에 접하여 실린더(17)내를 나누는 베인(20)과, 실린더(17)의 개구부를 봉쇄하는 상부축받이(21)과 하부축받이(22)와, 이 상부축받이부에 설치된 토출밸브(23)을 구비한 토출포트(23A)와, 이 토출밸브를덮는 캡머플러(24)로 구성되어 있다.

이 캡머플러의 상면에는 하부밸런서(16)의 회전궤도상에 대향하여 토출구(25)가 설치되어 있다.

26은 냉매토출관이며, 이 냉매토출관은 밀폐용기(1)의 상부를 밀폐하고 있는 엔드 캡(27)에 관통 설치되어 있다.

28은 축압기, 29는 분리판이다.

화살표시는 냉매의 흐름을 나타낸다.

이와같이 구성된 밀폐형 로터리 압축기에 있어서, 축압기(28)을 거쳐서 흡입포트(30)에서 실린더(17)내로 유입한 냉매는 롤러(19)와 베인(20)과의 공동작용으로 압축되어 토출포트(23A)에서 토출밸브(23)을 개방하여 캡머플러(24)내로 토출된다.

이 캡머플러내의 냉매는 토출구(25)에서 전동요소(3)의 에어 갭(17)을 통과하여, 이 전동요소의 상부로 토출된다.

전동요소(3)의 상부에 토출된 냉매는 회전자(8)의 회전으로 선회되고, 냉매의 내부에 포함되어 있는 질량이 무거운 오일을 선회에 의한 원심력으로 밀폐용기(1)의 내벽측에 뿌리게하여 분리하고 있다.

오일이 분리된 냉매는 토출관(26)에서 밀폐용기(1)의 바깥으로 토출된다.

그리고 분리된 오일은 고정자(6)의 오일 귀환 구멍(9)에서 오일탱크(2)로 복귀된다.

도 2의 (a)는, 상부 회전축(4a)(지름D1), 편심부(18), 하부회전축(4b)(지름D2)가 일체로 구성된, 본 발명에서 사용하는 회전축(4)의 단면도이며, 편심부(18)에 롤러(19)가 장착되어 있다.

도 2의 (b)는, (a)에 표시한 회전축(4)를 밑에서 본 단면도이다.

도 3은 본 발명에서 사용하는 실린더(17), 롤러(19), 베인(20), 토출포트(23A), 토출포트(23A)가 실린더(17)내로 개구하는 포트부분(23B) 등의 관계를 설명하는 설명도이다.

본 발명에서 사용하는 회전축(4)는 상부 회전축(4a)(지름D1), 편심부(18), 하부 회전축(4b)(지름D2)가 일체로 구성되어 있으며, 또, 상부 회전축(4a)의 지름D1보다 하부 회전축(4b)의 지름D2가 작게 작성되어 있기 때문에 편심량E를 크게 하여도 롤러(19)를 편심부(18)에 장착할 수 없게 되는 문제가 없게 된다.

비(比)(D2/D1)는 1 미만이며 바람직하기는 12.5/16이상 1 미만이 좋다.

12.5/16미만이 되면 회전축(4)의 강도가 부족하게 되는 문제가 있다.

도 3에 보이는 바와같이, 토출포트(23A)가 실린더(17)내로 개구하는 포트부분(23B)(파선으로 나타내는 부분)는 포트부분(23B)를 덮고 있는 롤러(19)의 단면에 의해서 폐색되어 있는바, 본 발명에서 사용하고 있는 롤러(19)는 폐색시키는데에 충분한 몸통두께를 갖고 있기 때문에, 롤러(19)의 단면에서 가스가 누설하는 문제가 없어진다.

도 3에 보이는 바와같이 토출포트(23A)의 톱 클리어런스 볼륨을 확대하는 일없이 토출포트(23A)의 위치를 변경하여, 실린더(17)내로 개구하는 포트부분(23B)의 면적 비율을 크게 한 경우의 밀폐형 로터리 압축기(배제용적13.3cc, 공칭출력 700w)의 C.O.P를 측정한 결과를 도 6에 표시한다.

도 6의 가로축은, 토출포트(23A)의 전체단면적에 대한, 토출포트(23A)가 실린더(17)내로 개구하는 포트부분(23B)의 면적비율이며, 세로축은 상기의 비율이 종래의 30%의 경우의 C.O.P를 1로 하였을때의 C.O.P 비율이다.

도6에서 상기 비율을 증대하면 C.O.P 비율이 크게 되어, 상기 비율이 50%인 것이 바람직하다는 것을 알게 된다.

본 발명은 상기와 같이 구성하므로서 밀폐형 로터리 압축기의 고출력화 및 C.O.P의 향상을 달성할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 상부측에 회전축(4)를 갖는 전동요소(3)과, 하부측에 전동요소(3)의 회전축(4)에 의해서 구동되는 압축요소(5)를 수용하고, 흡입한 냉매를 이 압축요소(5)에 의해서 밀폐용기(1)내로 토출한 후, 밀폐용기(1)의 외부로 토출하도록한 밀폐형압축기로서, 회전압축요소(5)는 흡입포트(30)을 구비한 실린더(17)과, 상기 회전축(4)의 편심부(18)에 의해서 실린더(17)내를 회전하는 롤러(19)와, 이 롤러에 접해서 실린더(17)내를 나누는 베인(20)과, 실린더(17)의 개구부(開口部)를 봉쇄하는 상부 축받이부(21) 및 하부 축받이부(22)와, 이 상부 축받이부에 설치된 토출밸브(23)을 구비한 토출포트(23A)와, 이 토출밸브(23)을 덮는 캡 머플러(24)로 구성된 밀폐형 압축기에 있어서, 상기 회전축(4)의 상단에서 편심부(18)까지의 지름(D1)과 상기 회전축(4)의 상기 편심부(18)에서 하단까지의 지름(D2)의 비(比)(D2/D1)을 1 미만으로함과 동시에, 상기 토출포트(23A)의 톱 클리어런스 볼륨(top clearance volume)을 확대하지 않고, 토출가스의 통로저항을 저감하기 위해서, 상기의 토출포트(23A)가 실린더(17)내로 개구하는 포트부분의 면적을 토출포트(23A)의 전체단면적에 대하여 50% 이상으로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 로터리 압축기.
2. 제1항에 있어서, 상기의 토출포트(23A)에서의 냉매누설을 방지하기 위하여, 상기 롤러(19)가 상기 포트부분을 밀봉하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 로터리 압축기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 비(比)(D2/D1)을 12.5/16이상 1미만으로 한 것을 특징으로 하는 밀폐형 로터리 압축기.

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