KR100992249B1 - 회전식 압축기 및 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내진성이 우수한 회전식 압축기 및 내진성이 우수한 냉동 사이클 장치를 제공하는 것으로, 회전식 압축기는 전동기부의 회전자가 고정 부착된 회전축을 지지하는 베어링 부재가 전동기부의 압축기구부측에만 설치되고, 회전자, 회전축 및 롤러로 이루어진 전체 회전체의 중심의 축방향 위치가 주베어링의 양단으로부터 회전축의 주축부의 직경에 상당하는 거리 이상 내측이 되는 범위내에 있도록 하고, 냉동 사이클 장치는 상기 구성의 회전식 압축기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 압축기 및 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치{A ROTARY COMPRESSOR AND A REFRIGERATING CYCLE MACHINE WITH THE SAME}

본 발명은 회전식 압축기 및 이 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치에 관한 것으로, 특히 회전축을 지지하는 베어링 부재가 전동기부의 압축기구부측에만 설치된 회전식 압축기 및 이 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

종래의 회전식 압축기는 일반적으로 회전축을 지지하는 베어링 부재가 전동기부의 압축기구부측에만 설치된 편(片)지지 구조이므로, 진동이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

그 때문에, 전동기부의 반압축 기구부측에도 베어링 부재를 설치하고, 양측 지지 구조로 한 회전식 압축기가 일본 공개특허공보 2001-323886호에 제안되어 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 2001-323886호에 기재된 양측 지지 구조는 부품수가 증가하고 또한 양측의 베어링 부재의 조심(調芯)을 정밀하게 실시할 필요가 있어, 비용이 상승하는 문제점이 있다.

또한, 편 지지 구조의 회전식 압축기에서 전동기부의 회전자에 플라이휠(flywheel)을 설치하여 회전자의 중심을 베어링측에 접근시키고, 회전자의 요동폭을 작게 하는 밀폐형 회전식 압축기가 일본 공개특허공보 2002-130171호에 제안되어 있다.

그러나, 일본 공개특허공보 2002-130171호에 기재된 회전식 압축기는 회전자, 회전축 및 롤러로 이루어진 전체 회전체의 중심의 위치에 대해서는 고려되어 있지 않아 충분히 진동을 감소시킬 수 없다.

본 발명은 상술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 내진성이 우수한 회전식 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 회전식 압축기를 구비하고 내진성이 우수한 냉동 사이클 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 회전식 압축기는 밀폐 케이스(sealed case)와, 상기 밀폐 케이스 내에 수용된 전동기부와, 상기 전동기부에 회전축을 통하여 연결된 압축기구부로 이루어지고, 상기 회전축을 지지하는 베어링 부재는 상기 전동기부의 상기 압축기구부측에만 설치되고, 상기 전동기부는 고정자와 상기 고정자의 내주부에 회전 가능하게 배치된 회전자를 구비하고, 또한 상기 압축기구부는 실린더실을 구비한 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 걸어 맞추어 상기 실린더실내를 편심 회전하는 롤러와, 상기 회전축의 주축부를 지지하는 주베어링을 구비한 회전식 압축기에 있어서, 상기 회전자, 상기 회전축 및 상기 롤러로 이루어진 전체 회전체의 중심의 축방향 위치가 상기 주베어링의 양단으로부터 상기 회전축의 주축부의 직경에 상당하는 거리 이상 내측이 되는 범위 내에 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치는 상기 구성을 갖는 회전식 압축기, 응축기, 팽창 장치 및 증발기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 회전식 압축기에 의하면 내진성이 우수한 회전식 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치에 의하면 회전식 압축기를 구비하고, 내진성이 우수한 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 관한 회전압축기 및 이 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 회전압축기 및 이 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치의 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 관한 냉동사이클 장치(21)는 본 실시예의 회전 압축기(1), 응축기(22), 팽창 장치(23) 및 증발기(24)가 환형상으로 배관 접속된다.

회전 압축기(1)는 밀폐 케이스(2)를 구비하고, 상기 밀폐 케이스(2) 내에 수용되는 전동기부(3)와, 상기 전동기부(3)에 회전축을 통하여 연결된 압축기구부(5)로 이루어진다.

전동기부(3)는 밀폐 케이스(2)에 압입된 고정자(31)와, 상기 고정자(31)의 내주부에 회전 가능하게 배치되고, 회전축(4)의 상단부에 고정 부착된 회전자(32)를 구비하고, 상기 회전자(32)에는 상기 회전자(32)의 높이의 반 이상에 달하는 깊이의 중공 형상의 카운터보어(counterbore)(32a)가 설치된다.

압축기구부(5)는 전동기부(3)의 하방에 배치되고, 회전축(4)의 하부에 위치하는 실린더(51)를 구비한다. 상기 실린더(51)의 상면부에는 주베어링(52)이 부착 고정되고, 하면부에는 부베어링(53)이 부착 고정되고, 실린더(51)와 주베어링(52) 및 부베어링(53)으로 둘러싸인 공간부에 실린더실(54)이 형성된다.

주베어링(52)과 부베어링(53)은 그 전체 높이를 H1 및 H2로 하면, H1＞3×H2가 되는 관계로 설정된다.

상기 실린더실(54)에는 회전축(4)에 일체로 설치되는 편심부(4a)와, 상기 편심부(4a)의 주면(周面)에 걸어 맞추어지는 롤러(55)가 배치된다.

롤러(55)는 그 둘레 방향을 따른 두께는 모두 동일하고, 회전축(4)의 회전에 수반되어 편심부(4a)와 함께 편심 회전을 이룬다. 롤러(55)의 축방향를 따르는 외주벽 일부는 실린더(51)의 내주벽에 거의 접촉되도록 이루어지고, 롤러(55)의 편심 회전에 수반하여, 그 접촉 위치가 실린더(51)의 둘레 방향을 따라서 서서히 변위된다.

또한, 롤러(55)의 외주벽에는 축방향을 따라서 블레이드(56)가 접촉되고 있다.

블레이드(56)의 일단부는 스프링 수용 구멍(57)에 수용되는 스프링 부재(58)에 의해 탄성적으로 억압 부세되고, 따라서 블레이드(56)의 타단부는 롤러(55)의 주면에 탄성적으로 접촉되고 있다.

블레이드(56)는 실린더실(54)에 돌출되고 또한 일단이 실린더실(54)에 개구하며, 타단이 배면구멍(도시하지 않음)에 개구하는 블레이드홈(blade slot)(59)내 를 슬라이딩하여, 실린더실(54)을 주베어링(52)에 설치되는 토출부(52h)에 연통하는 압축실측과, 흡입구멍(도시하지 않음)에 연통하는 흡입실측으로 간막이하고 있다.

또한, 주베어링(52)에는 통기구멍(도시하지 않음)을 구비하여 소음(消音) 기능을 이루는 주베어링 커버(60)가 씌워진다. 또한, 토출부(52h)는 응축기(22)에, 흡입구멍은 증발기(24)에 각각 연통한다.

상기와 같이 상단부에 회전자(32)가 고정 부착되고, 하단부 근방에 설치한 편심부(4a)에 롤러(55)가 걸어 맞추어지는 회전축(4)은 편 지지 구조로 지지된다.

예를 들어, 회전축(4)의 상축단(4b)은 어떤 부재에 의해서도 지지되지 않는 자유로운 상태에 있고, 압축기구부(5)측에만 설치된 베어링 부재, 예를 들어 압축기구부(5)의 구성 부재의 일부를 이루는 주베어링(52) 및 부베어링(53)에 의해 지지된다.

주베어링(52)은 거의 원판 형상의 베어링 기부(52a)와, 상기 베어링 기부(52a)로부터 세워지고, 관통하는 회전축(4)의 주축부(4c)를 지지하는 베어링부(52b)로 이루어진다.

주베어링(52), 즉 베어링부(52b)는 카운터보어(32a)에 유동 가능하게 끼워지고, 베어링부(52b)의 상단(52c)은 회전자(32)의 높이의 반 이상까지 도달하고, 하단(52d)이 베어링 기부(52a)의 하면(52e)까지 도달하고 있다.

이와 같은 베어링 구조에서 회전자(32), 회전축(4) 및 롤러(55)로 이루어진 전체 회전체(61)의 중심의 축방향 위치(Zg)가, 주베어링(52)의 상단(52c), 하 단(52d)으로부터 각각 회전축(4)의 주축부(4c)의 직경(D)에 상당하는 거리 이상 내측이 되는 범위(Z)(Z=H1-2×D) 내에 있도록 설정한다. 중심의 직경 방향(수평) 위치는 회전축의 축심상에 있는 것이 바람직하지만, 전체 회전체의 회전시의 밸런스가 유지되면 반드시 축심상에 한정되는 것은 아니다.

또한, 주베어링(52)의 범위(Z)의 내주면 및 이와 대향하는 주축부(4c)의 외주면 중 적어도 한쪽에 롤오프(62)를 설치한다. 또한, 부베어링(53)은 회전축(4)의 부축부(4d)를 지지한다.

상기 구조를 갖는 회전압축기(1)는 (1) 통상, 안정되어 회전하는 회전압축기(1)의 주베어링(52)은 유체 윤활 또는 경계 윤활이다. 여기에서, 유체 윤활이라는 것은 주베어링(52)과 회전축(4)의 간극에 존재하는 유막의 압력만으로 회전축(4)을 지지하고, 경계 윤활이라는 것은 고체 접촉 부분이 발생하는 지지를 의미한다. 주베어링(52) 내부의 유막 압력 분포는 축 길이방향으로 동일하지 않고, 주베어링(52) 양단 부근에 집중된다.

또한, (2) 신뢰성, 기계 효율면에서 베어링 높이(길이)(H0)/축 직경(D)에는 최적치가 존재하고, 일반적으로 0.6~1.0이 되도록 설정한다.

상기 (1)에서, 주베어링(52)을 베어링 상단 부근과 하단 부근의 2개의 상부 베어링부(52f), 하부 베어링부(52g)로 나누어 생각한다. 상기 (2)에서, 축직경(D)의 폭을 갖는 베어링면은 충분한 부하 용량을 구비하고 있다고 생각된다.

이들을 고려하면, 회전압축기(1)에서는 회전계의 중심이 2개의 충분한 부하 용량을 갖는 상부 베어링부(52f), 하부 베어링부(52g)에 끼인 구조가 된다.

그 때문에, 상기 구조를 가짐으로써, 회전 압축기는 진동 등에 의해 발생하는 관성력을 실질적으로 양측 지지 구조로 지지하는 것이 가능해지고, 또한 주베어링(52)의 양단측의 베어링면에서 거의 균등하게 지지할 수 있고, 내진성이 우수한 회전 압축기가 실현된다.

상기 베어링 구조에서 주베어링(52)을 베어링 상단 부근과 하단 부근의 2개의 상부 베어링부(52f), 하부 베어링부(52g)로 나누는 것을 실현하기 위해, 주베어링을 길게 하는 것이 가장 용이한 구조이지만, 축 하중을 거의 지지하지 않는 베어링면에서도 슬라이딩 마찰 손실은 발생하므로, 베어링면을 길게 하는 것은 슬라이딩 면적이 커져 슬라이딩 마찰 손실의 증대를 초래하므로 바람직하지 않다. 또한, 급유 저항이 증가하는 등의 문제도 발생한다.

이들 문제를 해소하기 위해서는 상기와 같이 주베어링(52)의 범위(Z)의 베어링 내주면 및 이와 대향하는 회전축(4)의 주축부(4c) 외주면 중 적어도 한쪽에 롤오프(62)를 형성하는 것이 바람직하다.

이에 의해, 롤오프(62)에서는 축 표면과 베어링면의 간극이 크고, 상기 부분의 유막 전단 속도 균배는 작아지고 슬라이딩 마찰 손실은 격감하므로, 주베어링(52)(베어링부(52b))를 길게 해도, 슬라이딩면의 면적을 작게 할 수 있고, 슬라이딩 마찰 손실의 증가를 대폭 억제할 수 있다. 또한, 슬라이딩부의 폭이 적절해져 신뢰성·기계 효율이 개선된다.

또한, 상기 구조를 갖는 회전 압축기(1)에서 회전자(32)는 그 전체 길이의 반 이상으로 카운터보어(32a)를 설치하고 있다. 통상, 회전체 질량의 대부분을 회 전자(32)가 차지하고 있으므로, 주베어링(52)의 길이의 연장과 함께 카운터보어(32a)를 설치하여 회전자(32)의 실질적 높이를 감소시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 전체 회전체(61)의 중심의 축방향 위치를, 주베어링(52)의 범위 내에서, 또한 주베어링(52)의 양단으로부터 주축부(4c)의 직경(D)에 상당하는 거리 이상 내측이 되는 범위 내로 설정하기 쉬워진다. 또한, 회전 압축기(1)의 대형화, 중심이 높아지는, 전동기부(3)에 불필요한 공간이 발생하는 등 주베어링(52)을 길게 하는 것의 결점을 해소할 수 있다.

또한, 상기 구조를 갖는 회전압축기(1)에서 H1＞3×H2로 설정하고 있다. 이에 의해, 「회전자의 자극수×운전 주파수」 부근의 주파수의 소음(4극의 자극의 회전자를 채용할 때에는 4×f(운전 주파수)의 소음)의 발생을 억제하고, 회전압축기 운전시의 소음을 감소시킬 수 있다.

상기 소음 감소의 이유는 다음과 같다.

높이가 충분하지 않은 주베어링으로 회전축을 지지하는 종래의 편 지지 구조의 회전 압축기에 있어서는 주베어링 하측의 베어링부와 부베어링으로 압축 하중을 거의 균등하게 지지하고, 회전자의 가장 가까운 주베어링 상측의 베어링부에서 회전 구동부의 요동 하중을 지지하는 구조이고, 일반적으로 주베어링의 전체 높이(H1), 부베어링의 전체 높이(H2)로 하면, 다음 식의 관계가 성립한다.

구조상, α가 클수록 회전 구동부의 회전 불균형에 대해서는 유리해진다(축하중, 요동량). 상기 이유로서 오버플로우(overflow)한 하중을 지지하는 경우, 가능한 떨어진 2점 이상의 지지점으로 지지하는 것이 바람직하다. 모멘트(moment)의 균형식을 보면, 지지점간의 거리가 길수록, 또한 하중점과 지지점의 거리가 짧을수록 지지점에 발생하는 힘은 작은 것을 알 수 있다.

최근의 에너지 절감(energy saving property)의 추구의 결과로서 해마다 상기 「회전자의 자극수×운전 주파수」 부근의 주파수의 소음의 문제가 심각화되고 있다. 즉, 에너지 절감 추구의 구체적인 방책은 예를 들어 권수(卷數) 상승에 의한 전자력 증대, 희토류 자석 채용, 부축(countershaft) 세경화(細徑化), 편심부 세경화 등이다.

상기 소음과 회전자의 요동은 밀접하게 관계하고 있고, 회전자의 요동 감소가 중요한 과제가 되고 있다.

상기 소음의 발생 메커니즘(generating mechanism)은 이하와 같이 생각되고 있다.

회전자의 자석과 고정자의 티스(teeth)의 거리가 불균일⇒각각의 자석에 작용하는 힘의 직경 방향 성분이 상쇄되지 않게 된다⇒직경 방향 가진력(加振力)이 회전자와 고정자에 각각 발생⇒고정자 변형⇒케이스 표면이 진동⇒「회전자의 자극수×운전 주파수」부근의 주파수의 소음 발생.

상기 자석과 티스의 거리가 불균일해지는 요인으로서는 조립 정밀도·부품 정밀도 이외에 회전자의 요동도 크고, 회전자의 요동은 「베어링에서의 축의 자세 」, 「축의 강성」과 「회전자에 작용하는 힘의 합력(작용점의 위치와 크기)」에 의해 결정된다.

따라서, 회전자의 요동 억제는 상기 소음 대책으로서 효과가 있고 H1＞3×H2로 설정함으로써 실현한다.

본 실시예에 관한 회전압축기에 의하면 내진성이 우수한 회전식 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치에 의하면, 회전식 압축기를 구비하고, 내진성이 우수한 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 회전압축기 및 회전식 압축기를 구비하는 냉동 사이클 장치의 개념도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 회전 압축기 2: 밀폐 케이스

3: 전동기부 4: 회전축

4a: 편심부 4c: 주축부

5: 압축 기구부 21: 냉동 사이클 장치

22: 응축기 23: 팽창 장치

24: 증발기 31: 고정자

32: 회전자 32a: 카운터보어

51: 실린더 52: 주베어링

52b: 베어링부 52d: 하단

52e: 하면 52f: 상부 베어링부

52g: 하부 베어링부 53: 부베어링

54: 실린더실 55: 롤러

56: 블레이드 61: 전체 회전체

62: 롤오프

Claims (5)

1. 밀폐 케이스,

   상기 밀폐 케이스 내에 수용된 전동기부, 및

   상기 전동기부에 회전축을 통하여 연결된 압축기구부로 이루어지고,

   상기 회전축을 지지하는 베어링 부재는 상기 전동기부의 상기 압축기구부측에만 설치되고,

   상기 전동기부는 고정자와 상기 고정자의 내주부에 회전 가능하게 배치된 회전자를 구비하고,

   상기 압축기구부는 실린더실을 구비한 실린더와, 상기 회전축의 편심부에 걸어 맞추어져 상기 실린더실 내를 편심 회전하는 롤러와, 상기 회전축의 주축부를 지지하는 주베어링을 구비하는 회전식 압축기에 있어서,

   상기 회전자에 카운터보어가 유동 가능하게 끼워지고, 또한 상기 카운터보어내에 주축부의 베어링부가 삽입되고,

   상기 회전자, 상기 회전축 및 상기 롤러로 이루어진 전체 회전체의 중심의 축방향 위치가 상기 주베어링의 양단으로부터 상기 회전축의 주축부의 직경에 상당하는 거리 이상 내측이 되는 범위 내에 있도록 하고,

   상기 주베어링의 양단으로부터 상기 주축부의 직경에 상당하는 거리 이상 떨어진 베어링 내주면 및 상기 베어링 내주면과 대향하는 상기 회전축의 상기 주축부 외주면 중 적어도 한쪽에 롤오프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
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4. 제 1 항에 기재된 회전식 압축기, 응축기, 팽창 장치 및 증발기로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.
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