KR101442550B1

KR101442550B1 - 로터리 압축기

Info

Publication number: KR101442550B1
Application number: KR1020080077119A
Authority: KR
Inventors: 변상명; 김상모
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2014-09-22
Also published as: KR20100018382A

Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것이다. 본 발명에 의한 로터리 압축기는, 복수 개의 베인과 롤링피스톤 중에서 어느 한 쌍의 베인과 롤링피스톤의 사이가 면접촉을 하게 됨에 따라 실링면적이 증가하게 되고, 이로 인해 압축되는 냉매의 누설을 줄여 압축기의 성능이 향상될 수 있다. 또, 상기 베인과 롤링피스톤의 결합부위에 마찰계수가 낮은 재질의 윤활부재가 개재되는 경우에는 상기 롤링피스톤과 베인 사이의 마찰손실이 낮아지면서 압축기에 투입되는 입력이 감소되어 압축기 성능이 향상될 수 있다.

롤링피스톤, 베인, 실링, 마찰

Description

로터리 압축기{ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로, 특히 베인이 롤링피스톤에 일체로 결합될 때 그 베인과 롤링피스톤 사이의 마모를 줄일 수 있도록 한 로터리 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉매 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다. 상기 냉매 압축기는 일정한 속도로 구동되는 등속형 압축기 또는 회전 속도가 제어되는 인버터형 압축기가 소개되고 있다.

상기 냉매 압축기는 통상 전동기인 구동모터와 그 구동모터에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 상기 구동모터가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다. 그리고 상기 냉매 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식 등으로 구분될 수 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하는 롤링피 스톤과 그 롤링피스톤의 외주면에 접하여 상기 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식이다. 근래에는 부하의 변화에 따라 압축기의 냉동용량을 가변할 수 있는 용량 가변형 로터리 압축기가 소개되고 있다. 압축기의 냉동용량을 가변하기 위한 기술로는 인버터 모터를 적용하는 기술과, 압축되는 냉매의 일부를 실린더의 외부로 바이패스시켜 압축실의 용적을 가변시키는 기술이 알려져 있다. 하지만, 인버터 모터를 적용하는 경우에는 그 인버터 모터를 구동하기 위한 드라이버의 가격이 통상 정속모터의 드라이버에 비해 10배 정도로 매우 비싸 압축기의 생산원가를 높이게 되는 반면, 냉매를 바이패스시키는 경우에는 배관시스템이 복잡하게 되어 냉매의 유동 저항이 증가됨에 따라 압축기의 효율이 저하되는 단점이 있다.

이를 감안하여, 복수 개의 실린더를 구비하고 그 복수 개의 실린더중에서 적어도 한 개의 실린더는 공회전을 할 수 있도록 구비하는 소위 모듈레이션식 용량 가변형 로터리 압축기(이하, 모듈레이션 로터리 압축기로 약칭함)가 소개되고 있다. 이 경우, 세이빙 운전모드에서는 복수 개의 실린더 중에서 한 개의 실린더만을 사용하기 때문에 압축되는 냉매가 누설되지 않도록 하는 것이 압축기 성능을 높이는데 중요할 수 있다. 특히, 고압축비 운전에 필요한 냉매를 적용하는 경우 흡입영역과 토출영역 사이의 압력차가 커서 상대적으로 많은 양의 냉매가 누설되면서 압축기의 성능이 크게 저하될 수 있다.

그러나, 종래의 모듈레이션 로터리 압축기에 있어서는, 압축공간을 흡입영역과 토출영역으로 나누는 베인이 롤링피스톤의 외주면에 축방향을 따라 선접촉됨에 따라 실링면적이 제한적이고 이로 인해 압축중인 냉매가 상기 롤링피스톤과 베인의 접촉면 사이를 통해 흡입영역에서 토출영역으로 쉽게 누설되면서 압축기 성능이 저하되는 문제점이 있었다. 특히, 모듈레이션 로터리 압축기의 경우, 세이빙운전시 압력손실이 증가하여 압축기 성능이 저하될 수 있다. 실제, 모듈레이션 로터리 압축기의 경우 파워운전시에는 그 흡입압력이 4~5kg/cm²이지만 세이빙운전시에는 그 흡입압력이 6~7kg/cm²로 증가되고, 이에 따라 압축기의 성능도 파워운전보다 세이빙운전에서 0.3EER 정도 낮아지는 것을 실험을 통해 알 수 있었다. 이는 세이빙운전일 때가 파워운전일 때보다 냉매의 누설이 크게 발생되기 때문이다. 통상, 냉동사이클에서의 압축기는 기동 또는 과부하일 경우를 제외하고는 주로 세이빙운전을 하는 점을 고려할 때 세이빙 운전에서의 압축기의 성능이 적어도 파워운전에서의 압축기 성능과 유사하게 발휘될 수 있도록 하는 것은 압축기의 평균 성능을 높이는데 중요한 변수가 될 수 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 모듈레이션 로터리 압축기가 가지는 문제점을 해결한 것으로, 상기 롤링피스톤과 베인 사이로 냉매가 누설되는 것을 효과적으로 차단하여 압축기의 성능을 향상시키는 동시에 제조비용을 절감할 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축공간이 서로 분리되어 구비되는 복수 개의 실린더들; 상기 실린더들의 압축공간에서 각각 선회운동을 하면서 냉매를 압축시키는 복수 개의 롤링피스톤들; 상기 롤링피스톤들과 함께 상기 압축공간을 흡입영역과 토출영역으로 각각 구분하는 복수 개의 베인들; 및 상기 베인들 중에서 어느 한 베인을 구속하거나 또는 구속해제하면서 압축기의 운전모드를 가변시키는 베인구속유닛;을 포함하고, 상기 복수 개의 베인들 중에서 상기 베인구속유닛에 의해 구속되지 않는 베인은 상기 롤링피스톤에 일체로 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 로터리 압축기는, 상기 베인과 롤링피스톤의 사이가 면접촉을 하게 됨에 따라 실링면적이 증가하게 되고, 이로 인해 압축되는 냉매의 누설을 줄여 압축기의 성능이 향상될 수 있다. 또, 상기 베인과 롤링피스톤의 결합부위에 마찰계수가 낮은 재질의 윤활부재가 개재되는 경우에는 상기 롤링피스톤과 베인 사 이의 마찰손실이 낮아지면서 압축기에 투입되는 입력이 감소되어 압축기 성능이 향상될 수 있다.

본 발명의 로터리 압축기를 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기(1)는, 응축기(2), 팽창변(3), 그리고 증발기(4)로 이어지는 폐루프 냉동사이클의 일부를 이루도록 상기 증발기(4)의 출구측에 흡입측이 연결되는 동시에 상기 응축기(2)의 입구측에 토출측이 연결된다. 그리고 상기 증발기(4)의 출구측과 압축기(1)의 입구측 사이에는 상기 증발기(4)에서 압축기(1)로 전달되는 냉매에서 가스냉매와 액냉매를 분리할 수 있도록 어큐뮬레이터(5)가 연결된다.

상기 압축기(1)는 도 2에서와 같이 밀폐된 케이싱(100)의 내부공간 상측에 구동력을 발생하는 전동부(200)가 설치되고, 상기 케이싱(100)의 내부공간 하측에는 상기 전동부(200)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)가 설치된다. 그리고 상기 케이싱(100)의 외부에는 상기 제2 압축부(400)가 필요에 따라 공회전을 하도록 압축기의 운전모드를 전환하는 모드전환유닛(500)이 설치된다.

상기 케이싱(100)은 그 내부공간이 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 또는 제1 압축부(300)에서 토출되는 냉매에 의해 토출압의 상태를 유지하고, 상기 케이싱(100)의 하반부 주면에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)의 사이로 냉매 가 흡입되도록 한 개의 가스흡입관(140)이 연결되며, 상기 케이싱(100)의 상단에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서 압축되어 토출된 냉매가 냉동시스템으로 전달되도록 한 개의 가스토출관(150)이 연결된다. 상기 가스흡입관(140)은 후술할 중간베어링(130)의 연통유로(131)에 삽입되는 중간연결관(미도시)에 삽입되어 용접 결합된다.

상기 전동부(200)는 상기 케이싱(100)의 내주면에 고정되는 고정자(210)와, 상기 고정자(210)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)에 열박음 되어 함께 회전을 하는 회전축(230)으로 이루어진다. 상기 전동부(200)는 정속모터일 수도 있고 인버터모터일 수도 있다. 하지만, 비용을 고려하면 상기 전동부(200)는 정속모터를 이용하면서도 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 중에서 어느 한 쪽을 필요시 공회전시켜 압축기의 운전모드를 가변할 수 있다.

그리고 상기 회전축(230)은 회전자(220)에 결합되는 축부(231)와, 그 축부(231)의 하단부에 좌우 양측으로 편심지게 형성되는 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)로 이루어진다. 상기 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)는 대략 180°의 위상차를 두고 대칭되게 형성되고 후술할 제1 롤링피스톤(320)과 제2 롤링피스톤(420)이 각각 회전 가능하게 결합된다.

상기 제1 압축부(300)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100)의 내부에 설치되는 제1 실린더(310)와, 상기 회전축(230)의 제1 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(320)과, 상기 제1 실린더(310)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되어 그 일측의 실링면이 상기 제1 롤링피스톤(320)의 외주면에 접촉되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)을 제1 흡입실과 제1 토출실로 각각 구획하는 제1 베인(330)을 포함한다. 그리고 미설명 부호인 340은 제1 토출밸브이고, 350은 제1 머플러이다.

상기 제2 압축부(400)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100) 내부에서 상기 제1 실린더(310) 하측에 설치되는 제2 실린더(410)와, 상기 회전축(230)의 제2 편심부(233)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(420)과, 상기 제2 실린더(410)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되고 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에 접촉되어 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)이 제2 흡입실과 제2 토출실로 각각 구획되거나 또는 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에서 이격되어 상기 제2 흡입실과 제2 토출실이 서로 연통되도록 하는 제2 베인(430)을 포함한다. 그리고 미설명 부호인 440은 제2 토출밸브이고, 450은 제2 머플러이다.

여기서, 상기 제1 실린더(310)의 상측에는 상부베어링플레이트(이하,상부베어링)(110)가 복개되고, 상기 제2 실린더(410)의 하측에는 하부베어링플레이트(이하, 하부베어링)(120)가 복개되며, 상기 제1 실린더(310)의 하측과 제2 실린더(410)의 상측 사이에는 중간베어링플레이트(이하, 중간베어링)(130)가 개재되어 함께 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 형성하면서 상기 회전축(230)을 축방향으로 지지하게 된다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 상기 상부베어링(110)과 하부베어링(120)은 원판모양으로 형성되고, 그 각각의 중앙에는 상기 회전축(230)의 축부(231)가 반경방향으로 지지되도록 축구멍(111)(121)을 갖는 축수부(112)(122)가 돌출 형성된다. 그리고 상기 중간베어링(130)은 상기 회전축(230)의 편심부가 관통하는 정도의 내경을 가지는 환형으로 형성되고, 그 일측에는 상기 가스흡입관(140)이 후술할 제1 흡입구(312)와 제2 흡입구(412)에 연통되도록 하는 연통유로(131)가 형성된다.

상기 중간베어링(130)의 연통유로(131)는 상기 가스흡입관(140)과 연통되도록 반경방향으로 형성되는 수평로(132)와, 상기 수평로(132)의 끝단에는 상기 제1 흡입구(312)와 제2 흡입구(412)가 상기 수평로(132)와 연통되도록 축방향으로 관통되는 수직로(133)로 이루어진다. 상기 수평로(132)는 중간베어링(130)의 외주면에서 내주면을 향해 일정 깊이, 즉 완전히 내주면으로 관통되지 않는 깊이까지 홈파기 형성된다.

상기 제1 실린더(310)는 제1 압축공간(V1)을 이루는 내주면의 일측에 상기 제1 베인(330)이 직선 왕복운동을 하도록 제1 베인슬롯(311)이 형성되고, 상기 제1 베인슬롯(311)의 일측에는 냉매를 제1 압축공간(V1)으로 유도하는 제1 흡입구(312)가 형성되며, 상기 제1 베인슬롯(311)의 타측에는 냉매를 상기 제2 머플러(360)의 내부공간으로 토출하는 제1 토출안내홈(미도시)이 상기 제1 흡입구(312)와 반대쪽 모서리에서 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제2 실린더(410)는 제2 압축공간(V2)을 이루는 내주면의 일측에 상기 제2 베인(430)이 직선 왕복운동을 하도록 제2 베인슬롯(411)이 형성되고, 상기 제2 베인슬롯(411)의 일측에는 냉매를 제2 압축공간(V2)으로 유도하는 제2 흡입구(412)가 형성되며, 상기 제2 베인슬롯(411)의 타측에는 냉매를 상기 제2 머플러(450)의 내부공간으로 토출하는 제2 토출안내홈(미도시)이 상기 제2 흡입구(412)와 반대쪽 모서리에서 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제1 흡입구(312)는 상기 중간베어링(130)의 수직로(133)의 상측 끝단에 접하는 제1 실린더(310)의 하면 모서리에서 상기 제1 실린더(310)의 내주면을 향하도록 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제2 흡입구(412)는 상기 중간베어링(130)의 수직로(133)의 하측 끝단에 접하는 상기 제2 실린더(410)의 상면 모서리에서 상기 제2 실린더(410)의 내주면을 향하도록 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제1 베인슬롯(311)은 상기 제1 베인(330)이 직선으로 왕복운동을 하도록 반경방향으로 소정의 깊이만큼 절개하여 형성된다.

그리고 상기 제1 베인슬롯(311)은 케이싱(100)의 내부공간과 연통되도록 개방되고, 그 외곽측에는 상기 제1 베인(330)이 제1 롤링피스톤(320)에 일체로 결합됨에 따라 별도의 베인스프링이 구비되지 않는다. 예컨대, 도 2 내지 도 4에서와 같이, 상기 제1 롤링피스톤(320)은 환형으로 형성되어 상기 크랭크축(230)의 제1 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고, 상기 제1 롤링피스톤(320)의 외주면 일측, 즉 상기 제1 베인(330)과 접하는 부위에는 그 제1 베인(330)의 일부가 삽입될 수 있도록 실링홈(321)이 축방향으로 길게 형성된다. 상기 실링홈(321)은 평면투영시 반원(half circle)단면보다 크게 형성되는 것이 후술할 실링돌부(332)를 반경방향 으로 지지할 수 있어 바람직하다.

그리고 상기 실링홈(321)은 도 5에서와 같이, 상기 제1 롤링피스톤(320)의 외주면 안쪽에 형성되고, 그 실링홈(321)의 개구측인 바깥쪽에 상기 제1 베인(330)이 회전할 수 있도록 부채꼴 모양의 회전안내홈(322)이 더 형성될 수 있다. 여기서, 상기 회전안내홈(322)의 회전중심은 상기 실링홈(321)의 회전중심과 일치하도록 형성될 수 있다. 그리고 이 경우, 상기 실링홈(321)은 그 원호각이 후술할 실링돌부의 원호각과 대략 동일하거나 크지 않게 형성될 수 있다.

상기 실링홈(321)은 도 6에서와 같이 그 외주면에 직접 접하도록 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 실링홈(321)은 그 원호각이 후술할 실링돌부(332)의 원호각보다 작게 형성되어야 상기 제1 베인(330)의 회전동작이 원활하게 진행될 수 있다.

상기 제1 베인(330)은 육면체 모양으로 형성되는 본체부(331)와, 그 본체부(331)의 선단에 연장 형성되고 평면투영시 거의 원형으로 형성되는 실링돌부(332)로 이루어진다. 상기 본체부(331)는 그 두께가 상기 실링돌부(332)의 직경과 대략 동일한 정도로 형성된다.

그리고 상기 제1 롤링피스톤(320)과 제1 베인(330)의 사이, 즉 상기 제1 롤링피스톤(320)의 실링홈(321)과 상기 제1 베인(330)의 실링돌부(332) 사이에는 상기 제1 롤링피스톤(320)과 제1 베인(330) 사이에서의 마찰손실을 줄이기 위한 윤활부재(360)가 개재될 수 있다.

상기 윤활부재(360)는 도 3에서와 같이 씨(C)자 모양의 스냅링으로 형성되 고, 그 재질은 상기 제1 롤링피스톤(320)이나 제1 베인(330)보다 마찰계수가 낮은 테프론이나 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 윤활부재(360)는 상기 제1 롤링피스톤(320)의 실링홈(321)에 오무렸다 펴지면서 압착되도록 할 수도 있고, 반대로 상기 제1 베인(330)의 실링돌부(332)에 펴졌다가 오므라들면서 압착되도록 할 수도 있다.

상기 제2 베인슬롯(411)은 상기 제2 베인(430)이 직선으로 왕복운동을 하도록 반경방향으로 소정의 깊이만큼 절개하여 형성되고, 상기 제2 베인슬롯(411)의 후방측, 즉 외곽측 끝단측에는 후술할 공용측 연결관(530)과 연통되도록 베인챔버(413)가 형성된다. 상기 베인챔버(413)는 그 상면과 하면에 접하는 중간베어링(130)과 하부베어링(120)에 의해 상기 케이싱(100)의 내부공간과 분리되도록 밀봉 결합된다.

그리고 상기 베인챔버(413)는 그 전방측은 상기 베인챔버(413)와 연통되는 반면 그 후방측은 상기 공용측 연결관(530))과 용접되어 연결되도록 하는 중간연결관(미도시)이 압입되어 결합될 수 있다. 그리고 상기 베인챔버(413)는 상기 제2 베인(430)이 완전히 후진하여 상기 제2 베인슬롯(411)의 안쪽에 수납되더라도 그 제2 베인(430)의 후면이 상기 공용측 연결관(530)을 통해 공급되는 냉매에 대해 가압면을 이룰 수 있도록 소정의 내부체적을 갖게 형성된다.

여기서, 상기 제2 베인(430)은 압축기의 운전모드에 따라 상기 제2 롤링피스톤(420)과 접하거나 또는 이격되도록 상기 베인챔버(413)에 채워지는 흡입압의 냉매 또는 토출압의 냉매에 의해 지지되므로, 상기 제2 베인(430)이 압축기의 어떤 운전모드, 즉 세이빙모드에서 상기 제2 베인슬롯(411)의 안쪽에서 구속되어야 그 제2 베인(430)의 떨림에 의한 압축기 소음이나 효율저하를 미연에 방지할 수 있다. 이를 위해 도 7에서와 같은 케이싱의 내부압력을 이용한 제2 베인의 구속방법이 제안될 수 있다.

예컨대, 상기 제2 실린더(410)에는 제2 베인(430)의 운동방향에 대해 직교하거나 또는 적어도 엇갈림각을 갖는 방향으로 고압측 베인구속유로(이하, '제1 구속유로'라고도 한다)(414)가 형성된다. 상기 제1 구속유로(414)는 상기 케이싱(100)의 내부와 제2 베인슬롯(411)이 연통되도록 하여 그 케이싱(100)의 내부공간에 채워진 토출압의 냉매가 상기 제2 베인(430)을 반대쪽 베인슬롯면으로 밀어내 구속되도록 한다. 그리고, 상기 제1 구속유로(414)의 맞은편에는 상기 제2 베인슬롯(411)과 제2 흡입구(412)가 연통되는 저압측 베인구속유로(이하, '제2 구속유로'라고도 한다)(415)가 형성될 수 있다. 상기 제2 구속유로(415)는 상기 제1 구속유로(414)와 압력차가 유발되면서 상기 제1 구속유로(414)를 통해 유입되는 토출압의 냉매가 상기 제2 구속유로(415)로 빠져나가면서 상기 제2 베인(430)이 신속하게 구속되도록 하는 역할을 할 수 있다.

상기 제1 구속유로(414)는 제2 베인(430)을 중심으로 상기 제2 실린더(410)의 토출안내홈(미부호)쪽에 위치하여 상기 제2 실린더(410)의 외주면에서 제2 베인슬롯(411)의 중심으로 관통 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 구속유로(414)는 2단 드릴을 이용하여 제2 베인슬롯(411)쪽이 좁게 2단으로 단차지게 형성되고, 상기 제2 베인(430)의 직선운동이 안정적으로 이루어질 수 있도록 그 출구단이 상기 제2 베인슬롯(411)의 길이방향으로 대략 중간에 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 구속유로(414)는 상기 압축기의 파워운전시 상기 제2 베인(430)과 제2 베인슬롯(411) 사이의 틈새를 통해 상기 베인챔버(413)와 연통될 수 있는 위치에 형성되는 것이 상기 제1 구속유로(414)를 통해 유입되는 토출압의 냉매가 상기 베인챔버(413)로 유입되어 제2 베인(430)의 후면압을 높일 수 있으나, 상기 압축기의 세이빙운전시 상기 제2 베인(430)이 구속될 때 상기 제1 구속유로(414)가 베인챔버(413)와 연통되면 그 베인챔버(413)의 압력이 높아져 상기 제2 베인(430)을 밀어내면서 제2 베인(430)의 떨림이 발생될 수 있으므로 상기 제1 구속유로(414)는 제2 베인(430)의 왕복범위 내에 위치하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고 상기 제1 구속유로(414)는 그 단면적이 상기 베인챔버(413)를 통해 제2 베인(430)의 가압면(432)의 단면적 보다 같거나 좁게 형성되는 것이 상기 제2 베인(430)을 과도하게 구속하는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 구속유로(414)의 단면적은 그 제1 구속유로의 단면적을 상기 제2 베인(430)의 베인면적, 즉 상기 제2 베인(40)이 구속압력을 받는 측면의 베인면적으로 나눌 때 특정 범위로 형성되는 것이 모드전환소음을 최소화할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 제1 구속유로(414)는 도면으로 제시하지는 않았으나 상기 제2 실린더(410)의 상하 양면에 소정의 깊이로 음형지게 형성될 수도 있고, 상기 제2 실린더(410)의 상하 양면에 결합되는 중간베어링(130)이나 하부베어링(120)에 소정의 깊이로 음형지거나 관통하여 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 제2 구속유로(415)가 하부베어링(120)의 상면이나 중간베어링(130)의 저면에 음형지게 형성되 는 경우에는 상기 제2 실린더(410)나 각 베어링(120)(130)을 소결 가공할 때 함께 형성하는 것이 생산비용을 절감할 수 있다.

상기 제2 구속유로(415)는 제2 베인(430)의 이동방향에 수직한 양 측면에 토출압과 흡입압의 압력차를 유발시켜 그 압력차에 의해 상기 제2 베인(430)이 제2 베인슬롯(411)에 밀착될 수 있도록 가급적 상기 제1 구속유로(414)와 동일 직선상에 배치되는 것이 바람직하나, 상기 제2 흡입구(412)가 축방향에 대해 경사지게 형성됨에 따라 그 제2 흡입구(412)에 연통될 수 있도록 경사지거나 절곡 형성될 수도 있다.

상기 제2 구속유로(415)는 상기 압축기의 세이빙운전시 상기 제2 베인(430)과 제2 베인슬롯(411) 사이의 틈새를 통해 상기 베인챔버(413)와 연통될 수 있는 위치에 형성되는 것이 바람직하나, 상기 압축기의 파워운전시 상기 제2 베인(430)이 전진운동을 할 때 상기 제2 구속유로(415)가 베인챔버(413)와 연통되면 그 베인챔버(413)에 채워지는 토출압(Pd)의 냉매가 제2 흡입구(412)로 누설되면서 상기 제2 베인(430)을 충분히 지지하지 못할 수 있으므로 상기 제2 유로(415)는 제2 베인(430)의 왕복범위 내에 위치하도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에서와 같이 상기 모드전환유닛(500)은 그 일단이 상기 가스흡입관(140)에서 분관되는 저압측 연결관(510)과, 상기 케이싱(100)의 내부공간에 그 일단이 연결되는 고압측 연결관(520)과, 상기 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)에 그 일단이 연결되어 상기 저압측 연결관(510)과 고압측 연결관(520)에 선택적으로 연통되는 공용측 연결관(530)과, 상기 공용측 연결관(530)을 통해 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)에 연결되는 제1 모드전환밸브(540)와, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 연결되어 그 제1 모드전환밸브(540)의 개폐동작을 제어하는 제2 모드전환밸브(550)로 이루어진다.

상기 저압측 연결관(510)은 그 타단이 상기 제1 모드전환밸브(540)의 제1 입구에 연결되고, 상기 고압측 연결관(520)은 그 타단이 상기 제1 모드전환밸브(540)의 제2 입구에 연결되며, 상기 공용측 연결관(530)은 그 타단이 상기 제1 모드전환밸브(540)의 출구에 연결된다. 그리고 상기 저압측 연결관(510)의 양단은 각각 가스흡입관(140)과 제1 모드전환밸브(540)에 용접 연결되고, 상기 고압측 연결관(520)의 양단은 각각 케이싱(보다 정확하게는, 그 케이싱의 내부공간에 실링 결합되는 중간연결관)(100)과 제1 모드전환밸브(540)에 용접 결합되며, 상기 공용측 연결관(530)의 양단은 각각 중간베어링(보다 정확하게는, 그 중간베어링에 실링 결합되는 중간연결관)(130)과 제1 모드전환밸브(540)에 용접 결합된다.

상기와 같은 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기의 압축과정은 다음과 같다.

즉, 상기 전동부(200)의 고정자(210)에 전원을 인가하여 상기 회전자(220)가 회전하면, 상기 회전축(230)이 상기 회전자(220)와 함께 회전하면서 상기 전동부(200)의 회전력을 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에 전달하고, 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서는 각각 제1 롤링피스톤(320)과 제2 롤링피스톤(420)이 상기 각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)에서 편심 회전운동을 하며, 상기 제1 베인(330)과 제2 베인(430)이 상기 제1 및 제2 롤링피스톤(320)(420) 과 함께 180°의 위상차를 가지는 압축공간들(V1)(V2)을 각각 형성하면서 냉매를 압축하게 된다.

예컨대, 상기 제1 압축공간(V1)이 흡입행정을 시작하면, 냉매가 어큐뮬레이터(5)와 흡입관(140)을 통해 상기 중간베어링(130)의 연통유로(131)로 유입되고, 이 냉매는 상기 제1 실린더(310)의 제1 흡입구(312)를 통해 제1 압축공간(V1)으로 흡입되어 압축된다.

그리고, 상기 제1 압축공간(V1)이 압축행정을 진행하는 동안에 그 제1 압축공간(V1)과 180°의 위상차를 가지는 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)은 흡입행정을 시작하게 된다. 이때, 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입구(412)가 상기 연통유로(131)와 연통되면서 냉매가 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입구(412)를 통해 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되어 압축된다.

한편, 본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기에서 용량이 가변되는 과정은 다음과 같다.

즉, 상기 압축기 또는 이를 적용한 에어콘이 파워운전을 하는 경우에는, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 전원이 인가되어 상기 저압측 연결관(510)은 차단되는 반면 상기 고압측 연결관(520)이 공용측 연결관(530)과 연결된다. 이에 따라 상기 케이싱(100) 내부의 고압 가스가 고압측 연결관(520)을 통해 상기 제2 실린더(410)의 베인챔버(413)로 공급됨으로써 상기 제2 베인(430)이 베인챔버(413)의 내부에 채워진 고압의 냉매에 밀려 상기 제2 롤링피스톤(420)에 압접된 상태를 유지하면서 상기 제2 압축공간(V2)으로 유입되는 냉매가스를 정상적으로 압축하여 토출시키게 된다.

이때, 상기 제2 실린더(410)에 구비된 제1 구속유로(414)로 고압의 냉매가스 또는 오일이 공급되어 상기 제2 베인(430)의 일측면을 가세하게 되나, 이 제1 구속유로(414)의 단면적이 제2 베인슬롯(411)의 단면적보다 좁게 형성됨에 따라 측면에서의 가압력이 상기 베인챔버(413)에서의 전후방향 가압력보다 작게 되어 상기 제2 베인(430)을 구속하지 못하게 된다. 따라서, 상기 제2 베인(430)이 제2 롤링피스톤(420)에 압접되어 상기 제2 압축공간(V2)을 흡입실과 토출실로 구획하면서 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되는 냉매 전체를 압축하여 토출하게 된다. 이로써 압축기 또는 이를 적용한 에어콘은 100% 운전을 하게 된다.

반면, 상기 압축기 또는 이를 적용한 에어콘이 기동할 때와 같이 세이빙운전을 하는 경우에는, 상기 제1 모드전환밸브(540)에 전원이 오프되어 파워운전때와는 반대로 상기 저압측 연결관(510)과 공용측 연결관(530)이 연통되고, 상기 제2 실린더(410)로 흡입되는 저압의 냉매가스 일부가 상기 베인챔버(413)로 유입된다. 이에 따라 상기 제2 베인(430)이 제2 압축공간(V2)에서 압축되는 냉매에 밀려 제2 베인슬롯(411)의 안쪽으로 수납되면서 제2 압축공간(V2)의 흡입실과 토출실이 연통되어 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되는 냉매가스는 압축되지 못하도록 한다.

이때, 상기 제2 실린더(410)에 구비되는 제1 구속유로(414)에 의해 상기 제2 베인(430)의 일측면에 가세되는 압력과 상기 제2 구속유로(415)에 의해 상기 제2 베인(430)의 타측면에 가세되는 압력 사이에는 큰 압력차가 발생함에 따라 상기 제1 구속유로(414)를 통해 가세되는 압력이 제2 구속유로(415)쪽으로 이동하려는 경 향이 발생되면서 상기 제2 베인(430)의 떨림현상 없이 신속하면서도 확실하게 구속할 수 있게 된다. 아울러, 상기 베인챔버(413)의 압력이 토출압에서 흡입압으로 전환되는 시점에서는 그 베인챔버(413)에 토출압이 잔류하여 일종의 중간압(Pm)을 형성하게 되나, 이 베인챔버(413)의 중간압(Pm)이 그보다 압력이 낮은 제2 구속유로(415)를 통해 누설됨에 따라 상기 베인챔버(413)의 압력이 신속하게 흡입압(Ps)으로 전환되면서 상기 제2 베인(430)의 떨림 현상을 더욱 신속하게 방지할 수 있게 되고 이를 통해 상기 제2 베인(430)이 신속하면서도 효과적으로 구속된다. 따라서, 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간이 한 개의 공간으로 연통됨에 따라 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간으로 흡입되는 냉매 전체가 압축되지 않고 상기 제2 롤링피스톤의 궤적을 따라 이동하게 되고, 이 냉매의 일부는 압력차에 의해 상기 연통유로(131)와 제1 흡입구(312)를 통해 상기 제1 압축공간(V1)으로 이동하게 되어 상기 제2 압축부(400)는 일을 하지 않게 된다. 이로써 압축기 또는 이를 적용한 에어콘은 제1 압축부의 용량만큼만 운전을 하게 된다. 그리고 이 과정에서 상기 제2 압축공간(V2)의 냉매가 어큐뮬레이터(5)로 역류하지 않고 제1 압축공간(V1)으로 이동함에 따라 어큐뮬레이터(5)의 과열을 방지하여 흡입손실을 줄일 수 있다.

여기서, 상기 제1 베인(330)의 실링돌부(332)가 상기 제1 롤링피스톤(320)의 실링홈(321)에 삽입되어 결합됨에 따라 상기 제1 롤링피스톤(320)이 선회운동을 따라 상기 제1 베인(330)이 소정의 각도내에서 각운동을 하면서 상기 제1 실린더(310)의 제1 베인슬롯(311)에서 왕복운동을 하게 된다. 이때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 베인(330)의 실링돌부(332)와 제1 롤링피스톤(320)의 실 링홈(321)의 사이가 대략 면접촉을 하게 됨에 따라 실링면적이 증가하게 되고, 이로 인해 상기 제1 압축공간(V1)의 토출영역(V11)에서 압축되는 고압의 냉매가 흡입영역(V12)으로 누설되는 것을 크게 낮출 수 있다. 특히 R410a와 같은 고압력비 냉매가 적용되는 경우에도 냉매가 토출영역(V11)에서 흡입영역(V12)으로 누설되는 것을 효과적으로 차단할 수 있어 압축기의 성능이 향상될 수 있다.

아울러, 상기 실링돌부(332)와 실링홈(321) 사이에 마찰계수가 낮은 재질의 윤활부재(360)가 개재되는 경우에는 상기 제1 롤링피스톤(320)과 제1 베인(330) 사이의 마찰손실을 더욱 낮아지면서 그만큼 압축기에 투입되는 입력이 감소되어 압축기 성능은 더욱 향상될 수 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 상기 제1 롤링피스톤과 제1 베인 사이가 일체로 결합되고 상기 제2 베인이 베인구속유닛에 의해 구속 또는 구속해제되도록 구성되는 것이었으나, 경우에 따라서는 상기 제1 베인이 베인구속유닛에 의해 구속 또는 구속해제되고 사익 제2 롤링피스톤과 제2 베인 사이가 일체로 결합될 수도 있다. 이에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하다. 따라서 이에 대한 구체적인 설명은 전술한 실시예에서의 설명으로 대신한다.

본 발명에 의한 용량 가변형 로터리 압축기는 가정용 또는 산업용 에어콘과 같은 냉동기기에 고르게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 복식 용량가변 로터리 압축기를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기의 압축기구부를 보인 횡단면도,

도 3은 도 2에서 제1 롤링피스톤과 제1 베인 그리고 윤활부재를 분해하여 보인 사시도,

도 4는 도 2에서 제1 롤링피스톤과 제1 베인 사이에 윤활부재를 조립하여 보인 사시도,

도 5 및 도 6은 도 2에서 제1 롤링피스톤과 제1 베인 사이에 윤활부재를 조립하여 보인 각각의 평면도,

도 7은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 제2 베인을 구속하기 위한 구속유로를 설명하기 위한 횡단면도.

** 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 케이싱 130 : 중간베어링

131 : 연통유로 140 : 가스흡입관

310 : 제1 실린더 312 : 제1 흡입구

320 : 제1 롤링피스톤 321 : 실링홈

322 : 회전안내홈 330 : 제1 베인

331 : 본체부 332 : 실링돌부

410 : 제2 실린더 412 : 제2 흡입구

413 : 베인챔버 414,415 : 구속유로

510 : 저압측 연결관 520 : 고압측 연결관

530 : 공용측 연결관 540,550 : 모드전환밸브

Claims

압축공간이 서로 분리되어 구비되는 복수 개의 실린더들;

상기 실린더들의 압축공간에서 각각 선회운동을 하면서 냉매를 압축시키는 복수 개의 롤링피스톤들;

상기 롤링피스톤들과 함께 상기 압축공간을 흡입영역과 토출영역으로 각각 구분하는 복수 개의 베인들; 및

상기 베인들 중에서 어느 한 베인을 구속하거나 또는 구속해제하면서 압축기의 운전모드를 가변시키는 베인구속유닛;을 포함하고,

상기 복수 개의 베인들 중에서 상기 베인구속유닛에 의해 구속되지 않는 베인은 상기 롤링피스톤에 일체로 결합되도록 구성되고,

상기 베인구속유닛에 의해 구속되지 않는 베인은 상기 롤링피스톤의 외주면에 축방향으로 구비되는 실링홈에 회전 가능하게 결합되도록 실링돌부가 형성되고,

상기 실링홈의 개구측에는 상기 베인의 회전운동이 가능하도록 회전안내홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 실링홈은 적어도 반원(half circle) 보다 큰 단면을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
삭제
제3항에 있어서,

상기 롤링피스톤의 실링홈은 그 원호각이 상기 실링돌부의 원호각보다 작지 않게 형성되는 로터리 압축기.
삭제
제1항에 있어서,

상기 베인구속유닛에 의해 구속되지 않는 베인과 그 베인에 대응되는 롤링피스톤의 사이에는 윤활부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제7항에 있어서,

상기 윤활부재는 상기 롤링피스톤 또는 베인 중에서 적어도 어느 한 쪽과는 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제7항에 있어서,

상기 윤활부재는 그 마찰계수가 상기 롤링피스톤이나 베인 보다는 낮은 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제7항에 있어서,

상기 윤활부재는 스냅링 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항에 있어서,

상기 베인구속유닛은 그 베인구속유닛에 의해 구속되는 베인의 운동방향 양측면 중에서 롤링피스톤과 접하지 않는 일측면에 압력차를 발생시켜 상기 베인을 롤링피스톤과 접촉 또는 이격되도록 하는 동시에, 그 베인의 운동방향과 직교하는 방향이 케이싱의 내부공간과 연통되도록 하여 상기 베인이 구속되도록 하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
제1항 및 제3항 및 제5항 및 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 복수 개의 실린더들은 그 각각의 흡입구들이 서로 연통되도록 형성되고, 상기 복수 개의 흡입구들은 한 개의 흡입관에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.