KR101324798B1 - 로터리식 2단 압축기 - Google Patents

로터리식 2단 압축기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저압 압축 어셈블리에서 1차 압축된 냉매를 고압 압축 어셈블리에서 2차 압축시키는 로터리식 2단 압축기에 관한 것으로서, 특히 저압 압축 어셈블리의 저압 베인 및 고압 압축 어셈블리의 고압 베인을 동시에 탄성 지지할 수 있는 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다.
본 발명은 밀폐 용기; 밀폐 용기 내에 구비되며, 회전력을 전달하는 동시에 오일을 공급하는 회전축; 회전축의 회전에 따라 냉매가 흡입되는 저압 실린더, 저압 실린더 내측을 따라 구르면서 냉매를 1차 압축시키는 저압 롤러, 저압 롤러에 맞닿도록 저압 실린더에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 냉매가 흡입되고 토출되는 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하는 저압 베인을 포함하는 저압 압축 어셈블리; 회전축의 회전에 따라 1차 압축된 냉매가 흡입되는 고압 실린더, 고압 실린더 내측을 따라 구르면서 냉매를 2차 압축시키는 고압 롤러, 고압 롤러에 맞닿도록 고압 실린더에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 냉매가 흡입되고 토출되는 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하는 고압 베인을 포함하는 고압 압축 어셈블리; 그리고, 저압 베인과 고압 베인을 동시에 이동 방향으로 탄성 지지하는 일체형 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.

Description

로터리식 2단 압축기 {TWO STAGE ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 저압 압축 어셈블리에서 1차 압축된 냉매를 고압 압축 어셈블리에서 2차 압축시키는 로터리식 2단 압축기에 관한 것으로서, 특히 저압 압축 어셈블리의 저압 베인 및 고압 압축 어셈블리의 고압 베인을 동시에 탄성 지지할 수 있는 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전 되면서 냉매를 압축시키는 로터리식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
특히, 로터리식 압축기는, 상, 하부에 두 개의 롤러와 두 개의 실린더를 구비하고, 상, 하부의 롤러와 실린더 쌍이 전체 압축 용량을 일부와, 나머지를 압축하는 로터리식 트윈 압축기 및 상, 하부에 두 개의 롤러와 두 개의 실린더를 구비하고, 두 개의 실린더가 연통되어 한 쌍은 상대적으로 저압의 냉매를 압축하고, 다른 한 쌍은 저압 압축 단계를 지난 상대적으로 고압의 냉매를 압축하는 로터리식 2단 압축기 등으로 더 발전되었다.
대한민국 등록특허공보 특1994-0001355에 로터리식 압축기가 개시되어 있다. 쉘 내부에 전동기가 위치하고, 전동기를 관통하도록 회전축이 설치된다. 또한 전동기의 하부에는 실린더가 위치하고, 실린더의 내부에 회전축에 끼워진 편심부와, 편심부에 끼워진 롤러가 위치한다. 실린더에는 냉매 토출홀과 냉매 유입홀이 형성되고, 냉매 토출홀과 냉매 유입홀 사이에는 압축되지 않은 저압의 냉매가 압축된 고압의 냉매와 섞이지 않게 하는 베인이 설치된다. 또한 편심되어 회전하는 롤러와 베인이 접촉된 상태를 유지하기 위해, 베인의 일단에는 스프링이 설치된다. 전동기에 의해 회전축이 회전하면 편심부와 롤러가 실린더의 내주를 따라 회전하면서 냉매 가스를 압축하고, 압축된 냉매 가스는 냉매 토출홀을 통해 토출된다.
대한민국 공개특허공보 10-2005-0062995는 로터리식 트윈 압축기를 개시하고 있다. 도 1을 참조하면, 동일용량을 압축하는 2 개의 실린더(1035, 1045)와 중간판(1030)을 구비하여, 압축 용량을 1단 압축기에 비해 2배 향상시켰다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0009958은 로터리식 2단 압축기를 개시하고 있다. 도 2를 참조하면, 압축기(2001)는 밀폐 용기(2013) 내부의 상방에 고정자(2007)와 회전자(2008)를 갖는 전동기(2014)를 구비하고, 전동기(2014)에 연결된 회전축(2002)은 2개의 편심부를 구비한다. 회전축(2002)에 대해 전동기(2014)측으로부터 차례로 주베어링(2009), 고압용 압축 요소(2020b), 중간판(2015), 저압용 압축 요소(2020a) 및 부베어링(2019)이 적층되어 있다. 또한 저압용 압축 요소(2020a)에서 압축된 냉매를 고압용 압축 요소(2020b)로 유입하는 중간관(2040)이 개시되어 있다.
이와 같은 로터리식 2단 압축기는 도 3을 참조하면, 회전축(2002)이 회전됨에 따라 냉매를 저압용 압축 요소(2020a) 및 고압용 압축 요소(2020b)에서 연속적으로 압축시킨다. 이때, 저압용 압축 요소(2020a)는 저압 실린더(2010a), 저압 편심부(2005a), 저압 롤러(2011a), 저압 베인(Ba) 및 스프링(Sa)으로 이루어지고, 고압용 압축 요소(2020b) 역시 고압 실린더(2010b), 고압 편심부(2005b), 고압 롤러(2011b), 고압 베인(Bb) 및 스프링(Sb)으로 이루어지되, 저압 편심부(2005a)와 고압 편심부(2005b)는 회전축(2002)에 대해 서로 반대 방향으로 편심되도록 형성된다.
따라서, 회전축(2002)이 회전되면, 저압 실린더(2010a)로 흡입된 냉매는 저압 롤러(2011a)가 저압 실린더(2010a) 내측을 따라 구르면서 압축되어 토출되되, 저압 베인(Ba)이 스프링(Sa)에 의해 베인 홀(미도시)에 탄성 지지됨에 따라 저압 실린더(2010a)와 저압 롤러(2011a) 사이에서 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하여 저압 실린더(2010a) 내측에서 냉매의 흡입되고 토출이 이루어지도록 한다. 이와 같이, 저압 실린더(2010a)에서 압축된 다음, 연결 유로(2040 : 도 2에 도시) 등을 거쳐 고압 실린더(2010b)로 흡입된 냉매는 고압 롤러(2011b)가 고압 실린더(2010b) 내측을 따라 구르면서 압축되어 토출되되, 마찬가지로 고압 베인(Bb) 역시 스프링(Sb)에 의해 베인 홀(미도시)에 탄성 지지됨에 따라 고압 실린더(2010b)와 고압 롤러(2011b) 사이에서 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하여 고압 실린더(2010b) 내측에서 냉매의 흡입되고 토출이 이루어지도록 한다.
그러나, 종래의 로터리식 2단 압축기는 저압용 압축 요소와 고압용 압축 요소에서 연속적인 압축 과정이 이루어지도록 하기 위하여 회전축에 대해 저압 편심부와 고압 편심부가 반대 방향의 위상차를 가지기 때문에 저압 베인 및 고압 베인을 탄성 지지하기 위하여 각각의 스프링을 구비함에 따라 부품수 및 조립 시간이 늘어나는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저압 압축 공간을 구획하는 저압 베인 및 고압 압축 공간을 구획하는 고압 베인이 반대 방향으로 움직이더라도 탄성 지지하는 부품 및 그 설치구조를 단순화할 수 있는 로터리식 2단 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 밀폐 용기; 밀폐 용기 내에 구비되며, 회전력을 전달하는 동시에 오일을 공급하는 회전축; 회전축의 회전에 따라 냉매가 흡입되는 저압 실린더, 저압 실린더 내측을 따라 구르면서 냉매를 1차 압축시키는 저압 롤러, 저압 롤러에 맞닿도록 저압 실린더에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 냉매가 흡입되고 토출되는 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하는 저압 베인을 포함하는 저압 압축 어셈블리; 회전축의 회전에 따라 1차 압축된 냉매가 흡입되는 고압 실린더, 고압 실린더 내측을 따라 구르면서 냉매를 2차 압축시키는 고압 롤러, 고압 롤러에 맞닿도록 고압 실린더에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 냉매가 흡입되고 토출되는 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하는 고압 베인을 포함하는 고압 압축 어셈블리; 그리고, 저압 베인과 고압 베인을 동시에 이동 방향으로 탄성 지지하는 일체형 탄성 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한, 일체형 탄성 부재는 축방향으로 설치된 코일 스프링부, 코일 스프링부의 양단에 연장되어 저압 베인과 고압 베인을 각각 반경 방향으로 지지하는 저압 지지부 및 고압 지지부를 포함하는 와이어 스프링(Wire spring)인 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한, 일체형 탄성 부재는 저압 실린더와 고압 실린더의 대응되는 부분에 각각 형성된 장착홀에 설치된 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한, 일체형 탄성 부재는 저압 실린더와 고압 실린더의 외주면 일측에 설치 된 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기는 저압 압축 공간을 구획하는 저압 베인 및 고압 압축 공간을 구획하는 고압 베인이 반대 방향으로 움직이더라도 하나의 일체형 탄성 부재에 의해 반대 방향으로 탄성력을 작용할 수 있도록 설치되기 때문에 부품수를 줄이는 동시에 설치 구조를 단순화할 수 있어 생산 비용을 절감시킬 수 있고, 일체형 탄성 부재가 저압 베인 및 고압 베인을 탄성 지지하도록 저압 실린더 및 고압 실린더 내부 뿐 아니라 외부에도 고정될 수 있기 때문에 외부 충격 등이 발생되더라도 일체형 탄성 부재의 탈거를 방지하여 작동 신뢰성을 높일 수 있으며, 조립 공정을 단순화할 수 있어 생산성 및 작업성을 높일 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기가 포함된 싸이클의 일예가 도시된 개략도이다. 난방 사이클은 로터리식 2단 압축기(100), 응축기(300), 증발기(400), 상분리기(500: phase seperator), 4방 밸브(600)와 같은 부품들을 포함한다. 이 중 응축기(300)는 실내 유닛을 구성하고, 압축기(100), 증발기(400), 상분리기(500)는 실외 유닛을 구성한다. 압축기(100)에서 압축된 냉매는 4방 밸브(600)를 거쳐 실내기의 응축기(300)로 유입되어, 압축된 냉매 기체가 주위와 열교환하며 응축된다. 응축된 냉매는 팽창밸브를 거치며 저압이 된다. 팽창밸브를 거친 냉매는 상분리기(500)에서 기체와 액체로 분리되어, 액체는 증발기(400)로 유입된다. 액체는 증발기(400)에서 열교환을 하며 증발하여, 기체 상태로 어큐뮬레이터(200)로 유입되고, 어큐뮬레이터(200)에서 압축기(100) 냉매유입관(151)을 통해 저압 압축 어셈블리(미도시)로 유입된다. 또한 상분리기(500)에서 분리된 기체는 인젝션 관(153)을 통해 압축기(100)로 유입된다. 압축기(100)의 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매와, 인젝션 관(153)을 통해 유입된 냉매는 압축기(100)의 고압 압축 어셈블리(미도시)로 유입되어 고압으로 압축된 뒤, 냉매토출관(152)을 통해 다시 압축기(100)의 외부로 토출된다.
도 5는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 일예가 도시된 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기(100)는 밀폐 용기(101) 내에 하부로부터, 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130) 및 전동기(110)를 포함한다. 또한 밀폐 용기(101)를 관통하며, 어큐뮬레이터(200)와 연결된 냉매 유입관(151) 및 압축된 냉매를 밀폐 용기의 외부로 토출하는 냉매 토출관(152)을 포함한다.
전동기(110)는 스테이터(111), 로터(112) 및 회전축(113)을 포함한다. 스테이터(111)는 링 형상의 전자 강판을 적층한 라미네이션과 라미네이션에 권선된 코일을 구비한다. 로터(112)도 전자 강판을 적층한 라미네이션을 구비한다. 회전축(113)은 로터(112)의 중앙을 관통하며, 로터(112)에 고정된다. 전동기(110)에 전류가 인가되면, 스테이터(111)와 로터(112) 사이의 상호전자기력에 의해 로터(112)가 회전하며, 로터(112)에 고정된 회전축(113) 또한 로터(112)와 함께 회전한다. 회전축(113)은 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130)의 중앙부를 관통하도록 로터(112)로부터 저압 압축 어셈블리(120)까지 뻗어있다.
저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)는, 중간판(140)을 사이에 두고, 하부로부터 저압 압축 어셈블리(120)-중간판(140)-고압 압축 어셈블리(130) 순으로 적층될 수 있다. 또한, 반대로 하부로부터 고압 압축 어셈블리(120)-중간판(140)-고압 압축 어셈블리(130) 순으로 적층될 수도 있다. 또한 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 적층 순서와 관계없어, 적층된 어셈블리의 하부 및 상부에는 각각 하부 베어링(161) 및 상부 베어링(162)이 설치되어 회전축(113)의 회전을 도우며, 수직으로 적층된 2단 압축 어셈블리의 각 부품의 하중을 지지한다. 상부 베어링(162)은 밀폐 용기(101)에 3점 용접되어, 2단 압축 어셈블리의 하중을 지지하고, 밀폐 용기(101)에 고정한다.
저압 압축 어셈블리(120)는 외부로부터 밀폐용기(101)를 관통하여 들어온 냉매유입관(151)이 연결된다. 또한, 저압 압축 어셈블리(120)의 하부에는 하부 베어링(161) 및 하부 커버(171)가 위치하고, 하부 베어링(161)과 하부 커버(171) 사이에 중간압실(Pm)이 형성된다. 중간압실(Pm)은 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이며, 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 유입되기 전에 냉매가 일시적으로 저장되는 공간으로, 저압 압축 어셈블리(120)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 흐르는 유로 상에서 완충 공간의 역할을 한다.
중간압실(Pm)이 하부 베어링(161)에 형성되는 구조를 살펴보면, 일예로, 하부 베어링(161)은 회전축(131)이 삽입되어 설치되는 중심부 및 하부 커버(171)가 맞닿는 주변부가 각각 하향 돌출된 형상이고, 하부 커버(171)는 회전축(131)이 관통되는 홀이 구비되는 동시에 하부 베어링(161)과 밀착되는 평판 형상으로 형성된다. 이때, 하부 베어링(161)의 하향 돌출된 주변부와 하부 커버(171)의 평평한 주변부가 한꺼번에 저압 실린더(121)에 볼트 체결된다. 다른 일예로, 하부 베어링(161)은 회전축(113)이 삽입되어 설치되는 중심부만 하향 돌출되는 동시에 그 이외의 부분이 평평하게 형성되도록 하며, 하부 커버(171)는 회전축(113)이 관통되는 홀이 구비된 중심부가 평평하게 형성되는 동시에 그 주변부가 상향 돌출되도록 단차지게 형성될 수도 있다. 이때, 하부 베어링(161)의 평평한 주변부와 하부 커버(171)의 단차지게 상향 돌출된 주변부가 한꺼번에 저압 실린더(121)에 볼트 체결되도록 설치된다. 이 경우, 하부 베어링(161)의 형상이 단순화시킬 수 있어 작업 공수를 줄일 수 있으며, 하부 커버(171)의 형상 역시 손쉽게 프레스 작업을 통하여 제작이 가능하다. 나아가, 하부 베어링(161) 및 하부 커버(171)의 형상 및 체결방법은 상기에 언급한 방법에만 국한되지 않으며, 상기에서 중간압실(Pm)이 하부 베어링(161)에 형성되는 일 예들을 설명하고 있으나, 중간압실(Pm)은 상부 베어링(162) 및 중간판(140) 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
고압 압축 어셈블리(130)의 상부에 위치하는 상부 베어링(162)의 상부에는 토출 포트(미도시)가 설치된다. 상부 베어링(162)의 토출 포트를 통해 고압 압축 어셈블리(130)로부터 토출된 고압의 냉매는 밀폐용기(101)의 상부에 위치한 냉매토출관(152)을 통해 외부로 토출된다.
하부 베어링(161), 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140) 및 고압 압축 어 셈블리(130)에는 저압 압축 어셈블리(120)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 흐르도록 연결하는 내부유로(180)가 형성된다. 내부유로(180)는 압축기의 축방향과 대략 평행하도록, 수직으로 형성된다.
내부 유로(180)가 별도의 관이 아니므로, 상술한 상분리기(500 : 도 4에 도시)에서 분리된 냉매 기체가 유입되는 인젝션 관(153 : 도 4에 도시)은 내부 유로(180)의 어느 곳에 설치되어도 무방하다. 예를 들어, 중간압실(Pm)을 형성하는 하부 베어링(161), 중간판(140), 고압 실린더(131) 중 어느 하나에 관통홀(미도시)을 형성하고, 관통홀에 인젝션 관(153)을 삽입하여, 냉매 기체가 유입되도록 할 수 있으며, 보다 압축 효율을 높일 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부가 절개 도시된 도면이다. 하부로부터 순차로, 하부 베어링(161), 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130)가 적층되어 있다. 전술한 바와 같이, 저압의 냉매가 냉매 유입관(151) 및 저압 유입홀(126)을 통해 저압 실린더(121)로 유입되어 압축된 뒤, 중간압 토출홀(127)을 통해 저압 압축 어셈블리(120)의 하면과 하부 베어링(161) 및 하부 커버(171)에 의해 제한되는 공간인 중간압실(Pm)으로 토출된다. 중간압 토출홀(127)과 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h)이 서로 겹쳐질 수 있도록 하부 베어링(161)에 중간압 토출홀(161h)이 형성되고, 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h) 하부에는 밸브(미도시)가 설치되어 저압 압축 어셈블리(120)의 중간압 토출부(Dm)에서 압축된 냉매가 소정의 압력까지 압축되면, 중간압실(Pm)로 토출되도록 한다. 중간압실(Pm)로 토출된 냉매는 다시 하부 베어링(161)에 형성 된 중간압 연통홀(161a)을 통해, 저압 실린더(121)에 형성된 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)에 형성된 중간압 연통홀(140a)를 지나 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)를 통해 고압 압축 어셈블리(130)로 유입된다. 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 압축 어셈블리의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)은 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 중간압의 냉매가 지나가는 내부유로(180)를 형성한다. 이때, 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)은 고압 실린더(131)의 내부 공간과 연통할 수 있도록, 경사진 홈의 형태로 형성된다. 중간압 유입홈(130a)의 하부 일부는 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)와 맞닿도록 형성되어, 내부유로(180)의 일부를 이루며, 압축된 중간압의 냉매는 중간압 유입홈(130a)을 통해 고압 실린더(131) 내부로 유입된다. 내부유로(180)를 통해, 중간압의 냉매가 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되면, 고압 압축 어셈블리(130)에서는 저압 압축 어셈블리(120)에서와 같은 작동원리로 중간압의 냉매를 고압으로 압축한다.
상기한 바와 같이 중간압의 냉매가 지나가는 내부유로(180)가 별도의 관에 의해 형성되지 않고, 밀폐 용기(101)의 내부에 형성하면, 소음을 저감할 수 있고, 내부유로(180)의 길이를 단축할 수 있어, 저항에 의한 냉매압의 손실을 줄일 수 있다. 또한, 상기에서는 중간압실(Pm)이 하부 베어링(161)에 형성되는 일 예를 설명하고 있으나, 중간압실(Pm)은 상부 베어링(162) 및 중간판(140) 중 어느 하나에 형성될 수도 있다. 이에 따라, 구체적인 구조가 조금씩 달라질 수 있으나, 어느 경우에도 2단 압축 어셈블리 내부에 내부 유로(180)를 형성하여, 내부 유로(180)를 통 해 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 중간압의 냉매가 고압 압축 어셈블리(130)로 안내된다. 이러한 구성을 통해, 중간압의 냉매가 안내되는 유로의 길이를 단축하여, 유동 손실을 최소화할 수 있고, 밀폐 용기(101)를 관통하는 연결 관을 지나지 않아 소음 및 진동을 저감할 수 있다.
이때, 냉매 유입관(151)에 의해 내부유로(180)가 가로막히지 않도록, 내부유로(180)를 이루는 저압 압축 어셈블리(120)의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)는, 압축기(100)의 축방향에서 보았을 때, 냉매 유입관(151)과 이격되어 형성된다.
하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)은 저압 실린더(121)에 연결된 냉매 유입관(151)과 겹쳐져서 막히지 않도록 냉매 유입관(151)이 삽입되는 위치를 피해서 형성된다. 냉매 유입관(151)은 저압 실린더(121)에 형성된 저압 유입홀(126)에 삽입된다. 저압 유입홀(126)은 저압 베인(124: 도 7에 도시)이 삽입되는 저압 베인 삽입홀(124h)에 가깝게 형성된다. 저압 베인(124: 도 7에 도시)에서 저압 유입홀(126)이 멀어질수록, 저압 실린더(121)의 내부 공간 중에서 냉매의 압축에 기여하지 못하는 사체적이 커지기 때문이다.
또한, 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)은 고압 실린더(131)의 하부로부터 상부까지 관통하도록 형성되지 않고, 고압 실린더(131)의 하부로부터 고압 실린더(131)의 내부 공간으로 연통하도록 비스듬하게 형성된다. 이때, 중간압 유입홈(130a)은 고압 베인(미도시)이 삽입되는 고압 베인홀(134h)에 가깝게 형성된다. 저압 압축 어셈블리에서와 마찬가지로, 중간압 유입홈(130a)이 고압 베인(미도시) 에 가깝게 형성되어야 고압 실린더(131) 내부 공간에서 사체적을 줄일 수 있기 때문이다.
저압 베인(124)과 고압 베인(미도시)은 동일 축 상에 위치한다. 따라서, 하부 베어링(161)에 형성된 중간압 연통홀(161a)과 고압 실린더(131)에 형성된 중간압 유입홈(130a)이 동일 축 상에 형성되지 못하고, 수평방향 위치가 서로 이격되어 형성된다. 본 발명의 제3 실시예에서는 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 고압 실린더(131)의 중간압 연통홀(130a)을 연결하기 위해, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)가 대략 나선형으로 형성된다. 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)는 나선형으로 서로 겹치도록 형성된다. 즉, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)과 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 겹쳐서 나선형의 연통홀을 형성한다. 이때, 나선형의 연통홀의 일단은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 겹치고, 타단은 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)과 겹친다. 여기서 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)의 일단은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 연결되도록 관통된다. 즉, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 맞닿는 일단이 저압 실린더(121)의 수직 방향으로 관통되도록 형성되고, 중간압 연통홀(120a)의 나머지 부분은, 관통된 일단으로부터 타단으로 갈수록 중간압 연통홀(120a)의 하단 부분이 점차 높아지면서, 전체적으로 나선형으로 형성된다. 또한, 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 이와 반대로, 나선형의 연통홀의 타단, 즉 고압 실린더(130)의 중 간압 유입홈(130a)과 겹치는 타단이 중간판(140)의 수직 방향으로 관통되도록 형성된다. 또한, 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 겹치는 일단으로부터 타단으로 갈수록 중간압 연통홀(120a)의 상단 부분이 점차 높아지면서, 전체적으로 나선형으로 형성된다.
저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형으로 형성되면, 냉매가 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)을 따라서 받게 되는 저항이 감소된다는 장점이 있다. 물론 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 나선형뿐만 아니라, 상단 또는 하단의 높이가 변함이 없는 원호(弧)형과 같은 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형 또는 호형으로 형성되면, 나선형 또는 호형의 중간압 연통홀(120a, 140a)의 중심 부분에 체결 홀(120b, 140b)을 형성할 수 있다. 하부 베어링(161), 저압 실린더(121), 중간판(140), 고압 실린더(131), 상부 베어링(162)는 일반적으로 볼트를 통해 체결된다. 이때, 볼트가 체결되는 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)은 냉매 유입관(151), 중간압 연통홀(161a, 120a, 130a, 162a), 중간압 유입홈(140a) 및 중간압 토출홀(127)과 같은 다양한 부재 및 내부 유로(180)를 피해서 형성되어야 한다. 또한 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)은 적어도 세 곳 이상에 형성되어야 하며, 체결력을 전체 압축기 어셈블리(105)에 고르게 분산할 수 있어야 한다. 이때, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)에 비해 길이가 길어, 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 다수 개 형성하는 데 방해가 된다. 따라서, 저압 실린더의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형 또는 원호형과 같은 형태로 형성되면, 나선형 또는 원호형의 중심에 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 형성할 수 있어, 다수 개의 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 전체 압축기 어셈블리(105)에 분산 배치하는데 유리하다.
도 7은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 저압 압축 어셈블리 일예가 하부에서 도시된 도면이다. 저압 압축 어셈블리(120)는 저압 실린더(121), 저압 편심부(122), 저압 롤러(123), 저압 베인(124), 일체형 탄성 부재(S)의 저압 지지부(S2), 저압 유입홀(126) 및 중간압 토출홀(127)을 포함한다. 회전축(113)이 저압 실린더(121)의 중앙부를 지나며, 회전축(113)에 저압 편심부(122)가 고정된다. 이때, 저압 편심부(122)는 회전축(113)과 일체로 형성될 수도 있다. 또한 저압 편심부(122)에는 저압 롤러(123)가 회전 가능하게 설치되어, 회전축(113)의 회전에 따라 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121)의 내경을 따라 구르면서 회전한다. 저압 베인(124)의 양측에 저압 유입홀(126)과 중간압 토출홀(127)이 형성된다. 또한, 저압 실린더(121) 내의 공간은 저압 베인(124)과 저압 롤러(123)에 의해 구획되어, 압축 전, 후의 냉매가 저압 실린더(121) 내에 공존한다. 저압 베인(124)과 저압 롤러(123)에 의해 구획되며, 저압 유입홀(126)이 포함되는 부분을 저압 유입부(Sl), 중간압 토출홀(127)이 포함되는 부분을 중간압 토출부(Dm)라 한다.
특히, 일체형 탄성 부재(S)는 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 접촉을 유지하도록, 저압 베인(124)에 힘을 가해주는 수단이다. 저압 베인(124)이 위치할 수 있도록 저압 실린더(121)에 형성된 베인 홀(124h)은 저압 실린더(121)를 횡방향으로 관통하도록 형성되고, 일체형 탄성 부재(S)의 코일 스프링부(S1)가 끼워지는 장착홀(125h)이 베인 홀(124h) 일측에 횡방향으로 관통하도록 형성되는 동시에 일체형 탄성 부재(S)의 일단에 연장된 저압 지지부(S2)가 베인 홀(124h) 내측에서 저압 베인(124)을 지지하도록 설치된다. 따라서, 저압 베인(124)이 베인 홀(124h)을 통해 안내되며, 저압 지지부(S2)가 저압 베인(124)의 외주단을 탄성 지지하여 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 접촉을 유지하도록 저압 베인(124)을 밀어준다.
한편, 저압 실린더(121)에는 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 하부 베어링(161)이 형성하는 중간압실(Pm)을 거쳐 고압 압축 어셈블리(130)로 유입될 수 있도록 중간압 연통홀(120a)이 형성된다. 중간압 연통홀(120a)은 저압 유입홀(126)에 삽입되는 냉매 유입관(151)과 겹치지 않도록, 즉, 내부유로(180)와 냉매 유입관(151)이 겹치지 않도록, 냉매 유입관(151)을 피해 형성된다. 냉매 유입관(151)과 일부 겹치더라도 중간압의 냉매가 중간압실(Pm)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되도록 형성한다. 그러나, 이 경우 내부유로(180)가 냉매 유입관(151)에 겹쳐지는 단면적만큼 손실을 볼 수 있으므로 바람직한 것은 아니다. 또한 냉매가 냉매 유입관(151) 주변을 우회하면서, 압력이 저하될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 저압 압축 어셈블리(120)의 작동을 살펴보면, 회전축(113)의 회전에 의해 저압 편심부(122)가 회전하고, 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121)를 따라 구르면, 저압 지지부(S2)에 의해 저압 베인(124)이 탄성 지지됨에 따라 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 맞닿은 상태에서 베인 홀(124h)에서 최고 돌출된 지점인 상사점(TDC : Top dead center)과 베인 홀(124h)에 안착된 지점인 하사점(BDC : Bottom dead center) 사이에서 왕복 직선 운동한다. 이때, 저압 실린더(121) 내부가 저압 롤러(123) 및 저압 베인(124)에 의해 저압 유입부(Sl) 및 중간압 토출부(Dm)로 구획되며, 저압 유입부(Sl) 및 중간압 토출부(Dm)의 체적이 가변된다. 즉, 저압 유입부(Sl)의 체적이 늘어나면서 저압 유입부(Sl)가 저압이 되므로, 저압 유입홀(126)을 통해 냉매가 유입된다. 반면, 중간압 토출부(Dm)의 체적은 줄어들면서, 중간압 토출부(Dm)에 채워진 냉매가 압축되어, 중간압 토출홀(127)을 통해 토출된다. 저압 편심부(122)와 저압 롤러(123)의 회전에 따라 저압 유입부(Sl)와 중간압 토출부(Dm)의 부피는 계속 변하며, 1회전 시마다 압축 냉매를 토출하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 고압 압축 어셈블리 일예가 상부에서 도시된 도면이다. 고압 압축 어셈블리(130)는 저압 압축 어셈블리(120 : 도 7에 도시)와 마찬가지로 고압 실린더(131), 고압 편심부(132), 고압 롤러(133), 고압 베인(134), 일체형 탄성 부재(S)의 고압 지지부(S3), 중간압 유입홈(130a) 및 고압 토출홀(137)을 포함한다. 회전축(113)이 고압 실린더(131)의 중앙부를 지나 며, 회전축(113)에 저압 편심부(122 : 도 7에 도시)와 반대 방향의 위상을 가지도록 고압 편심부(132)가 고정된다. 이때, 고압 편심부(132)는 회전축(113)과 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 고압 편심부(132)에는 고압 롤러(133)가 회전 가능하게 설치되어, 회전축(113)의 회전에 따라 고압 롤러(133)가 고압 실린더(131)의 내경을 따라 구르면서 회전한다. 고압 베인(134)의 양측에 중간압 유입홈(136)과 고압 토출홀(137)이 형성되되, 중간압 유입홈(136)은 내부유로(180 : 도 6에 도시)와 연통되도록 설치된다. 또한, 고압 실린더(131) 내의 공간은 고압 베인(134)과 고압 롤러(133)에 의해 구획되어, 압축 전, 후의 냉매가 고압 실린더(131) 내에 공존한다. 고압 베인(134)과 고압 롤러(133)에 의해 구획되며, 중간압 유입홀(136)이 포함되는 부분을 중간압 유입부(Sm), 고압 토출홀(137)이 포함되는 부분을 고압 토출부(Dh)라 한다.
특히, 일체형 탄성 부재(S)는 고압 베인(134)이 고압 롤러(133)와 접촉을 유지하도록, 고압 베인(134)에 힘을 가해주는 수단이다. 고압 베인(134)이 위치할 수 있도록 고압 실린더(131)에 형성된 베인 홀(134h)은 고압 실린더(131)를 횡방향으로 관통하도록 형성되고, 일체형 탄성 부재(S)의 코일 스프링부(S1)가 끼워지는 장착홀(135h)이 베인 홀(134h) 일측에 횡방향으로 관통하도록 형성되는 동시에 일체형 탄성 부재(S)의 일단에 연장된 고압 지지부(S3)가 베인 홀(134h) 내측에서 고압 베인(134)을 지지하도록 설치되며, 고압 지지부(S3)는 저압 지지부(S2 : 도 7에 도시)와 반대 방향으로 탄성력을 작용하도록 구성된다. 물론, 고압 실린더(131)에서 베인 홀(134h) 및 장착홀(135h)의 위치는 도 7에 도시된 저압 실린더(121)에서 베인 홀(124h) 및 장착홀(125h) 위치와 동일하게 구성된다. 따라서, 고압 베인(134)이 베인 홀(134h)을 통해 안내되며, 고압 지지부(S3)가 고압 베인(134)의 외주단과 탄성 접촉하여 고압 베인(134)이 고압 롤러(133)와 접촉을 유지하도록 고압 베인(134)을 밀어준다.
도 8에 도시된 바와 같이 고압 압축 어셈블리(130)의 작동을 살펴보면, 회전축(113)의 회전에 의해 고압 편심부(132)가 회전하고, 고압 롤러(133)가 고압 실린더(131)를 따라 구르면, 고압 지지부(S3)에 의해 고압 베인(134)이 탄성 지지됨에 따라 고압 베인(134)이 고압 롤러(133)와 맞닿은 상태에서 베인 홀(134h)에서 최고 돌출된 지점인 상사점(TDC)과 베인 홀(134h)에 안착된 지점인 하사점(BDC) 사이에서 왕복 직선 운동한다. 이때, 고압 실린더(131) 내부가 고압 롤러(133) 및 고압 베인(134)에 의해 중간압 유입부(Sm) 및 고압 토출부(Dh)로 구획되며, 중간압 유입부(Sm) 및 고압 토출부(Dh)의 체적이 가변된다. 즉, 중간압 유입부(Sm)의 체적이 늘어나면서 중간압 유입부(Sm)가 고압이 되므로, 내부 유로(180 : 도 6에 도시)를 따라 중간압 유입홈(130a)을 통해 냉매가 유입된다. 반면, 고압 토출부(Dh)의 체적은 줄어들면서, 고압 토출부(Dh)에 채워진 냉매가 압축되어, 고압 토출홀(137)을 통해 토출된다. 고압 편심부(132)와 고압 롤러(133)의 회전에 따라 중간압 유입부(Sm)와 고압 토출부(Dh)의 부피는 계속 변하며, 1회전 시마다 압축 냉매를 토출하게 된다.
도 9는 도 7 및 도 8에 적용된 일체형 탄성 부재의 일예가 도시된 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 베인 설치구조 일예가 도시된 도면이다. 일체형 탄성 부재(S)는 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 축방향으로 길게 감겨진 코일 스프링부(S1)와, 코일 스프링부(S1)의 하단에 수평 방향으로 연장되어 상향 절곡되도록 형성된 저압 지지부(S2)와, 코일 스프링부(S1)의 상단에 수평 방향으로 연장되어 하향 절곡되도록 형성된 고압 지지부(S3)로 이루어진 일종의 와이어 스프링(Wire spring)이 적용될 수 있다.
물론, 저압 지지부(S2)와 고압 지지부(S3)는 서로 다른 방향으로 탄성력을 제공하도록 구성된다. 즉, 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121) 내측을 따라 구르면서 저압 베인(124)을 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 밀어주면, 저압 베인(124)에 의해 저압 지지부(S2)가 복원되면서 코일 스프링부(S1)를 통하여 고압 지지부(S3)를 반대 방향으로 밀어주도록 탄성력이 작용하고, 고압 지지부(S2)가 고압 베인(134)을 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 밀어주게 된다. 반대로, 고압 롤러(133)가 고압 실린더(131) 내측을 따라 구르면서 고압 베인(134)을 상사점(TDC)에서 하사점(BDC)으로 밀어주면, 고압 베인(134)에 의해 고압 지지부(S3)가 복원되면서 코일 스프링부(S1)를 통하여 저압 지지부(S2)를 반대 방향으로 밀어주도록 탄성력이 작용하고, 저압 지지부(S2)가 저압 베인(124)을 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 밀어주게 되는 과정을 반복하게 된다.
이때, 코일 스프링부(S1)는 도 7 및 도 8에 도시된 저압 실린더(121)의 장착홀(125h) 및 고압 실린더(131)의 장착홀(135h)에 걸쳐 끼워지도록 설치되며, 저압 지지부(S2)는 도 7에 도시된 바와 같이 저압 실린더(121)의 베인 홀(124h)에 끼워져 저압 베인(124)을 지지하도록 설치되고, 고압 지지부(S3)는 도 8에 도시된 바와 같이 고압 실린더(131)의 베인 홀(134h)에 끼워져 고압 베인(134)을 지지하도록 설치된다.
이와 같이, 일체형 탄성 부재(S)는 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131) 내부에 설치되기 때문에 외부 충격 등에 의해 일체형 탄성 부재(S)가 탈거되거나, 설치 위치가 가변되는 것을 방지할 수 있어 작동 신뢰성을 높일 수 있다. 하지만, 코일 스프링부(S1) 및 저압 지지부(S2)와 고압 지지부(S3)를 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131) 내부의 다른 위치에 각각 장착해야 되기 때문에 조립 공정이 복잡해질 수 있다.
따라서, 일체형 탄성 부재(S)는 도 10에 도시된 바와 같이 저압 실린더(121)와 고압 실린더(131) 외부에 설치될 수 있되, 보다 상세하게 코일 스프링부(S1)가 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131) 외측에 고정되고, 저압 지지부(S2) 및 고압 지지부(S3)는 상기와 같이 저압 실린더(121)의 베인 홀(124h) 및 고압 실린더(131)의 베인 홀(134h)에 끼워져 각각 저압 베인(124) 및 고압 베인(134)의 외주단을 지지하도록 설치될 수 있다. 물론, 코일 스프링부(S1)가 탈거되지 않도록 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131) 외부에 형성된 홈 또는 단차진 부분에 끼워지도록 설치될 수도 있다.
이와 같이, 일체형 탄성 부재(S)는 코일 스프링부(S1)가 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131) 외부에 장착되더라도 저압 지지부(S2) 및 고압 지지부(S3)가 저압 실린더(121)의 베인 홀(124h) 및 고압 실린더(131)의 베인 홀(134h)에 끼워지기 때문에 조립 공정이 간단해지고, 나아가 외부 충격이 가해지더라도 일체형 탄성 부재(S)가 탈거되거나, 설치 위치가 가변되는 것을 방지할 수 있어 작동 신뢰성을 높일 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 종래의 로터리식 트윈 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 2는 종래의 로터리식 2단 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 3은 종래의 로터리식 2단 압축기의 베인 설치구조 일예가 도시된 도면.
도 4는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기가 포함된 싸이클의 일예가 도시된 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 일예가 도시된 도면.
도 6은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부가 절개 도시된 도면.
도 7은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 저압 압축 어셈블리 일예가 하부에서 도시된 도면.
도 8은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 고압 압축 어셈블리 일예가 상부에서 도시된 도면.
도 9는 도 7 및 도 8에 적용된 일체형 탄성 부재의 일예가 도시된 도면.
도 10은 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기의 베인 설치구조 일예가 도시된 도면.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
100 : 로터리식 압축기 110 : 전동기
120 : 저압 압축 어셈블리 130 : 고압 압축 어셈블리
140 : 중간판 151 : 유입관
152 : 유출관 153 : 인젝션 관
180 : 내부 유로 S : 일체형 스프링

Claims (4)

  1. 밀폐 용기;
    밀폐 용기 내에 구비되며, 회전력을 전달하는 동시에 오일을 공급하는 회전축;
    회전축의 회전에 따라 냉매가 흡입되는 저압 실린더, 저압 실린더 내측을 따라 구르면서 냉매를 1차 압축시키는 저압 롤러, 저압 롤러에 맞닿도록 저압 실린더에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 냉매가 흡입되고 토출되는 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하는 저압 베인을 포함하는 저압 압축 어셈블리;
    회전축의 회전에 따라 1차 압축된 냉매가 흡입되는 고압 실린더, 고압 실린더 내측을 따라 구르면서 냉매를 2차 압축시키는 고압 롤러, 고압 롤러에 맞닿도록 고압 실린더에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되어 냉매가 흡입되고 토출되는 흡입 영역 및 토출 영역을 구획하는 고압 베인을 포함하는 고압 압축 어셈블리; 그리고,
    저압 베인과 고압 베인을 동시에 이동 방향으로 탄성 지지하는 일체형 탄성 부재;를 포함하고,
    일체형 탄성 부재는 저압 실린더와 고압 실린더의 대응되는 부분에 각각 형성된 장착홀에 설치되거나 저압 실린더와 고압 실린더의 외주면 일측에 설치되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    일체형 탄성 부재는 축방향으로 설치된 코일 스프링부, 코일 스프링부의 양단에 연장되어 저압 베인과 고압 베인을 각각 반경 방향으로 지지하는 저압 지지부 및 고압 지지부를 포함하는 와이어 스프링(Wire spring)인 것을 특징으로 하는 로 터리식 2단 압축기.
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  4. 삭제
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