KR101575357B1 - 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전부재가 고정부재에 매달린 상태에서 회전하면서 냉매를 압축시키는 압축기에 관한 것으로서, 특히 회전부재가 제1고정부재에 매달리도록 설치되는 동시에 제1고정부재와 떨어져 있는 제2고정부재 위에 회전 가능하게 지지되기 때문에 구조적으로 안정화될 뿐 아니라 부품들의 중심을 맞추어 손쉽게 조립할 수 있고, 밀폐용기에 저장된 오일이 고정부재와 회전부재 사이에 구비된 윤활 유로로 공급되도록 하기 때문에 부품들 사이의 마찰 손실을 줄일 뿐 아니라 작동 신뢰성을 확보할 수 있다.
압축기, 고정부재, 회전부재, 고정축, 편심부, 실린더, 로터, 베인, 베인 프링, 상부 축받이, 하부 축받이

Description

압축기 {COMPRESSOR}
본 발명은 회전부재가 고정부재에 매달리는 동시에 축받이 위에 지지된 사??에서 회전하면서 냉매를 압축시키는 압축기에 관한 것으로서, 특히 구조적 안정화를 도모할 뿐 아니라 조립성을 향상시킬 수 있고, 윤활 성능을 향상시켜 작동 신뢰성을 확보할 수 있는 압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 그 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 형성되는 압축공간에서 작동가스를 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 나눠진다.
왕복동식 압축기는 기계적인 효율이 우수한 반면, 이러한 왕복 운동은 심각한 진동과 소음 문제를 야기한다. 이러한 문제 때문에, 로터리식 압축기가 콤팩트하다는 특징과 우수한 진동 특성 때문에 발전되어 왔다.
로터리식 압축기는 밀폐용기 내에서 모터부와 압축기구부가 구동축에 장착되도록 구성되는데, 구동축의 편심부 주변에 위치하는 롤러가 원통 형상의 압축공간을 형성하는 실린더 내에 위치하고, 적어도 하나의 베인이 롤러와 압축공간 사이에 연장되어 압축공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하고, 롤러는 압축공간 내에서 편심되어 위치하게 된다. 일반적으로 베인은 실린더의 요홈부에 스프링에 의해 지지되어 롤러의 면을 가압하도록 구성되고 이러한 베인에 의해 압축공간은 전술한 바와 같이 흡입영역과 압축영역으로 구획된다. 구동축의 회전에 따라 흡입영역이 점진적으로 커지면서 냉매나 작동유체를 흡입영역으로 흡입함과 동시에 압축영역이 점진적으로 작아지면서 그 안의 냉매나 작동유체를 압축하게 된다.
이러한 종래의 로터리식 압축기에서는 모터부와 압축기구부가 상하로 적층되기 때문에 불가피하게 전체적으로 압축기의 높이가 커지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 로터리식 압축기에서는 모터부와 압축기구부의 중량이 서로 다르기 때문에 관성력의 차이가 발생될 뿐 아니라 구동축을 중심으로 상하측에 불가피하게 불균형의 문제점이 발생된다. 따라서, 모터부와 압축기구부의 불균형을 보상하기 위하여 상대적으로 중량이 작은 쪽에 중량 부재를 부가할 수 있지만, 이것은 회전체에 추가적인 부하를 가하는 결과를 초래하여 구동 효율 및 압축 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 또한, 종래의 로터리식 압축기에서 압축기구부에서 구동축에 편심부가 형성되기 때문에 구동축이 회전됨에 따라 편심부가 함께 회전되면서 편심부 밖에 있는 롤러를 구동시키게 되는데, 결과적으로 압축기구부에서 구동축과 편심부의 편심 회전에 따른 진동이 불가피하게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 로터리식 압축기에서 구동축의 편심부가 회전하면서 롤러가 고정되어 있는 실린더(stationary cylinder) 내면과 계속적으로 미끄럼 접촉(sliding contact)하고, 역시 롤러가 고정되어 있는 베인의 끝단면과 계속적으로 미끄럼 접촉하기 때문에 이렇게 미끄럼 접촉하는 구성요소들 사이에는 높은 상대 속도가 존재함에 따라 마찰 손실이 발생하고, 이는 압축기의 효율 저하로 이어지며, 나아가 미끄럼 접촉하는 베인과 롤러 사이의 접촉면에서 냉매 누설 가능성도 상존하여 기구적인 신뢰성도 떨어지게 된다.
종래의 로터리 압축기는 고정되어 있는 실린더의 내부에서 구동축이 회전하는 구성을 갖는 반면, 일본공개특허공보 62-284985호와, 64-100291호에서는, 축선 방향으로 흡입포트를 갖는 샤프트와, 샤프트보다 큰 직경으로 편심되어 상기 샤프트의 흡입포트와 연통되는 포트를 반경 방향으로 갖는 피스톤부가 일체로 형성된 고정축; 출목 가능하게 설치되는 베인; 상기 베인을 수용한 채로 회전 가능한 로터; 토출 포트를 갖는 상부 베어링; 하부 베어링; 외경과 내경의 차이보다 높이가 더 큰 중공원통 형상이며, 하부 베어링에 고정되는 영구자석; 영구자석의 외주에 회전되지 않는 코일;을 포함하되, 상부 베어링과 로터와 하부 베어링을 차례로 연결하여 회전 가능하게 구성함으로써, 로터, 상부 베어링 및 하부 베어링과 피스톤부 사이의 공간을 베인이 둘러싸면서 용적이 변화되는 회전식 압축기를 개시하고 있다.
상기 일본공개특허공보에 개시된 회전식 압축기는 스테이터 안쪽에 중공원통 형상의 영구자석이 위치하고, 영구자석 안쪽으로 베인을 포함하는 로터 및 압축 기구부가 위치하기 때문에 종래의 로터리 압축기에서 모터부와 압축기구부가 높이 방향으로 설치되기 때문에 발생되는 문제점을 해결할 수 있을 것으로 생각된다.
그러나, 상기 일본공개특허공보에 개시된 회전식 압축기는 베인이 회전하는 로터에 탄성 지지되는 동시에 고정되어 있는 편심부(피스톤부)의 외면과 미끄럼 접촉하기 때문에 베인과 편심부(피스톤부) 사이에는 종래의 로터리 압축기와 마찬가지로 높은 상대속도 차이가 존재하여 마찰손실이 발생할 뿐 아니라 미끄럼 접촉하는 베인과 편심부 사이의 접촉면에서 냉매 누설의 가능성이 상존하는 문제점을 여전히 갖고 있다. 또한, 상기 일본공개특허공보들에 개시된 회전식 압축기는 작동유체의 흡입 및 토출 유로나, 압축 기구부 내의 윤활유 급유나, 베어링 부재의 장착을 위한 실현 가능한 구성에 대해서는 전혀 개시하는 바가 없기 때문에 실제 적용할 수 있을 정도에 이르지 못하고 있다.
다르게는, 미국특허공개공보 7,217,110호에도 고정축과 편심부가 일체로 형성되고, 편심부에 회전 가능하게 위치하는 롤러의 외면과 회전하는 로터의 내면 사이에 압축공간이 형성되는 로터리 압축기를 개시하고 있다. 여기서, 로터의 회전력 은 로터와 일체로 회전하는 로터의 상하부판에 고정된 베인을 통해 롤러에 전달되는 구성을 갖고, 밀폐용기 내부의 압력과 압축공간 내부의 압력차를 이용하여, 고정축의 중심에 형성된 길이방향의 유로를 통해 작동유체와 윤활유를 압축공간 내부로 도입하고 있다.
따라서, 상기 미국특허공개공보에 개시된 로터리 압축기도 로터 안쪽에서 압축 기구부를 형성하기 때문에 종래의 로터리 압축기에서 모터부와 압축 기구부가 높이 방향으로 설치되기 때문에 생기는 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 생각된다. 아울러, 상기 일본공개특허공보들과 달리 로터, 베인 및 롤러가 모두 일체로 회전하기 때문에 이들 사이에 상대 속도의 차이가 존재하지 않으며, 그에 기인하는 마찰손실의 우려도 없을 것으로 생각된다.
그러나, 상기 미국특허공개공보에 개시된 로터리 압축기는 고정축의 일단부가 밀폐용기에 고정되지만, 고정축의 타단부가 밀폐용기로부터 이격된 상태에서 밀폐용기에 매달려 있는 형상으로 제작되기 때문에 고정축의 중심을 맞추어서 조립하기(centering) 어렵고, 로터리 압축기의 속성상 피할 수 없는 편심 회전에 기인하는 횡방향 진동에 매우 취약하며, 실제 제작이 상당히 곤란하거나, 조립 생산성이 열악해지는 문제점이 있다. 또한, 베인이 로터로부터 내측으로 돌출 형성되고, 베인의 이동 궤적을 가이드하도록 베인 홈이 롤러에 형성되기 때문에 베인 홈의 형성을 위하여 불가피하게 롤러의 부피가 커지게 되며, 상대적으로 큰 부피의 롤러가 편심 회전에 의해 횡방향의 진동을 가진시키는 결과를 초래하는 문제점이 있다. 윤활유를 이용하지 않는 구성에 대해서도 개시하고 있으나, 이를 위해서는 구성부품 들을 매우 값비싼 재질로 제작하여야 하는 문제점이 있으며, 윤활유를 이용하는 구성의 경우에는 밀폐용기 내부와 압축공간 내의 압력 차이를 이용하여 윤활유를 압축공간 내부로 끌어올려 작동유체와 함께 순환하도록 구성하기 때문에 이 경우에 작동유체 내에 불가피하게 많은 윤활유가 합입될 뿐 아니라 작동 유체와 함께 압축기를 빠져나갈 수 있어 윤활 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 부품들을 밀폐용기에 손쉽게 중심을 맞추어 조립할 수 있어 구조적 안전성을 높일 수 있는 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 편심 회전에 의한 횡방향 진동을 저감시킬 뿐 아니라 실제 생산 조립이 용이한 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 밀폐용기에 저장된 오일이 고정부재와 회전부재 사이의 윤활 유로로 공급될 수 있는 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 압축기는 오일이 저장된 밀폐용기; 밀폐용기 내에 고정된 스테이터; 밀폐용기에 상단이 움직이지 않도록 설치됨과 동시에 밀폐용기 내부로 길게 연장되는 고정축과, 고정축에 편심되도록 형성된 편심부를 포함하는 제1고정부재; 고정축의 하단과 이격되도록 형성되며, 밀폐용기의 하부에 움직이지 않도록 설치되는 제2고정부재; 스테이터와 제1고정부재 사이에 위치하고, 스테이터로부터의 회전 전자기장에 의해 제1고정부재를 중심으로 회전하면서 그 내에 형성되는 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킬 수 있고, 제2고정부재에 하중을 가하면서 회전 가능하게 지지하는 회전부재; 그리고, 회전부재의 회전력을 이용하여 밀폐용기 내에 저장된 오일을 회전부재와 고정부재가 베어링되는 부분으로 안내하는 윤활유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전부재는, 스테이터와의 상호 전자기력에 의해 고정축을 중심으로 회전하도록 스테이터와 고정부재 사이에 설치된 로터와, 로터에 적층되어 로터와 함께 회전하고 압축공간이 내부에 구비된 실린더와, 편심부와 실린더 사이의 압축공간을 냉매가 흡입되는 흡입포켓과 냉매가 압축 및 토출되는 압축포켓으로 구획하도록 실린더에 탄성 지지되어 실린더와 함께 회전하며 편심부의 외면과 미끄럼 접촉하는 베인과, 압축공간의 상부 및 하부를 형성하여 실린더와 함께 고정축을 중심으로 회전하는 상부 및 하부 베어링 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 하부 베어링 커버는 고정축을 에워싸는 하부 축부와, 실린더와 결합되어 압축공간의 하부를 형성하는 하부 커버부를 포함하고, 하부 축부의 최하단이 밀폐용기 내에 저장된 오일에 잠기도록 설치되며, 윤활유로는 하부 축부에 고정축의 외주면과 베어링되는 내주면에 형성된 그루브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 회전부재의 하부에 장착되고, 회전부재가 회전됨에 따라 오일을 윤활유로로 펌핑하는 오일공급부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 하부 베어링 커버는 고정축을 에워싸는 하부 축부를 포함하고, 오일공급부재는 하부 축부에 압입된 중공축부와, 하부 축부의 회전에 따라 오일을 나선형으로 상승시키도록 중공축부 내측에 고정된 프로펠러로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 윤활유로는 고정축 하부에 축방향으로 형성된 제1오일공급유로와, 제1오일공급유로와 편심부 상면과 연통되도록 편심부에 형성된 제2오일공급유로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 고정축 및 편심부를 관통하여 압축공간의 흡입포켓으로 연결되는 냉매흡입유로를 더 포함하고, 제2오일공급유로는 냉매흡입유로를 우회하여 편심부의 상부까지 연장되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 편심부의 상면에는 상부 요홈부가 형성되고, 상부 요홈부는 회전부재의 편심부 상면 사이에서 트러스트 면의 윤활을 위한 오일의 저장홈으로 기능하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 편심부의 저면에는 하부 요홈부가 형성되고, 하부 요홈부는 회전부재와 편심부 저면 사이에서 트러스트 면의 윤활을 위한 오일의 저장홈으로 기능하며, 윤활유로는 제1오일공급유로와 연통되도록 고정축 하부에 반경 방향으로 관통되어 하부 요홈부로 연결되는 오일공급홀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 윤활유로는 제2오일공급유로와 연통되도록 편심부와 고정축 상부 및 상부 베어링 커버가 맞닿는 부분에 구비된 오일저장홈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서, 상부 베어링 커버는 고정축 상단을 일부 감싸는 상부 축부를 포함하고, 윤활유로는 오일저장홈과 연통되도록 상부 베어링 커버의 축부 내주면에 구비된 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압축기는 회전부재를 고정부재에 매달리도록 조립한 다음, 고정부재를 상부 축받이에 고정시키는 동시에 회전부재를 하부 축받이에 회전 가능하게 지지하고, 상부 및 하부 축받이를 밀폐용기에 고정시키기 때문에 부품들을 밀폐용기에 손쉽게 중심을 맞추어 조립할 수 있어 구조적 안전성 및 조립성을 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 압축기는 편심부가 고정축의 축중심으로부터 편심되더라도 고정축의 모든 반경 방향으로 돌출되어 정지된 상태를 유지하고, 실린더 및 로터가 고정축을 중심으로 회전하는 동시에 베인이 편심부를 중심으로 회전함에 따라 실린더 및 로터와 베인이 각각의 축을 중심으로 회전하기 때문에 편심 회전이 발생되지 않으며, 그 결과 편심 회전에 의한 횡방향 진동을 저감시킬 뿐 아니라 편심 회전에 의한 진동을 줄이기 위하여 채용된 밸런스 웨이트를 생략할 수 있어 효율을 높일 수 있으며, 실제 생산 조립이 용이한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 압축기는 밀폐용기에 저장된 오일이 연통된 유로를 통하여 공급되면서 회전부재의 하부 베어링 커버와 고정부재가 서로 맞닿는 면을 윤활시킨 다음, 오일공급부재에 의해 펌핑됨에 따라 연통된 유로를 통하여 공급되면 서 회전부재의 상부 베어링 커버와 고정부재가 서로 맞닿는 면을 윤활시키기 때문에 오일공급부재에 의해 오일 유면으로부터 설정 높이 이상에 위치한 부품들에게도 오일을 공급할 수 있고, 오일에 의해 윤활된 부품들 사이의 마찰 손실을 줄일 수 있으며, 그에 따라 압축 효율을 높일 뿐 아니라 작동 신뢰성을 높일 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 압축기의 일예가 도시된 측단면 사시도와 분해 사시도 및 측단면도이다.
본 발명에 따른 압축기의 일예는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 밀폐용기(110)와, 밀폐용기(110) 내에 고정된 스테이터(120)와, 스테이터(120)로부터의 회전 전자기장에 의해 스테이터(120) 내측에서 회전 가능하게 설치되어 냉매를 압축시키는 회전부재(130)와, 회전부재(130)가 외주면에 매달리도록 설치되는 동시에 고정축(141)의 상하단이 밀폐용기(110)에 움직이지 않도록 고정된 고정부재(140)와, 고정축(141)의 상단을 밀폐용기(110) 내측에 고정시키는 상부 축받이(150)와, 고정축(141)의 하단과 이격되는 동시에 회전부재(130)가 상면에 회전 가능하게 지지되도록 밀폐용기(110) 내측에 고정되는 하부 축받이(160)를 포함한다. 이때, 전기적인 작용을 통하여 동력을 제공하는 전동기구부는 스테이터(120)을 비롯한 회전부재(130)의 로터(131)를 포함하고, 기구적인 작용을 통하여 냉매를 압축시키는 압축기구부는 회전부재(130)를 비롯한 고정부재(140)를 포함한다. 따라서, 전동기구 부와 압축기구부가 상하 방향으로 일부 적층되는 동시에 반경 방향으로 설치함으로써, 전체적인 압축기 높이를 낮출 수 있다.
밀폐용기(110)는 원통형의 몸통부(111)와, 몸통부(111) 상/하부에 결합된 상/하부 쉘(112,113)과, 밀폐용기(110)를 다른 제품에 체결 고정시키기 위하여 하부 쉘(113) 바닥면에 반경 방향으로 구비된 장착부(114)로 이루어지되, 그 내부에는 회전부재(130)와 고정부재(140)를 윤활시키는 오일이 적정 높이까지 저장될 수 있다. 상부 쉘(112)의 중심에는 냉매가 흡입되는 흡입관(미도시)의 일례로 직접 고정축(141)이 노출되도록 구비되고, 상부 쉘(112)의 소정 위치에는 냉매가 토출될 수 있는 토출관(115)이 구비되되, 밀폐용기(110)의 내부가 압축된 냉매로 충진되는지 혹은 압축되기 전의 냉매로 충진되는지에 따라서 고압식 또는 저압식으로 결정되며, 이에 따라 흡입관 및 토출관이 바뀔 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 고압식으로 구성되고, 흡입관인 고정축(141)이 밀폐용기(110) 외부로 돌출되도록 구비된다. 하지만, 고정축(141)이 밀폐용기(110) 외부로 과도하게 돌출된 필요는 없으며, 적당한 고정구조를 밀폐용기(110) 외부에 설치하여 외부의 냉매관과 연결하도록 하는 것이 바람직하다. 추가로, 상부 쉘(112)에는 스테이터(120)로 전원을 공급하는 터미널(116)이 구비된다.
스테이터(120)는 코어와, 코어에 집중 권선된 코일로 이루어지고, 밀폐용기(110)의 몸통부(111) 내측에 열박음으로 고정된다. 기존의 BLDC 모터에 채용된 코어는 원주를 따라 9개의 슬롯을 가지는 반면, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 스테이터(120)의 직경이 상대적으로 커져서 BLDC 모터의 코어가 원주를 따라 12개 의 슬롯을 가지도록 구성된다. 코어의 슬롯이 많을수록 코일의 권선수도 많아지기 때문에 기존과 같은 스테이터(120)의 전자기력을 발생시키기 위해서, 코어의 높이가 낮아지더라도 무방할 것이다.
회전부재(130)는 로터(131)와, 실린더(132)와, 베인(133)과, 베인 스프링(134)과, 상부 베어링 커버(135)와, 하부 베어링 커버(138)로 이루어진다. 로터(131)는 스테이터(120)로부터 회전 전자기장에 의해 회전하도록 축 방향으로 복수개의 영구자석이 구비되고, 스테이터(120) 내측에 간극을 유지하도록 설치된다. 실린더(132)는 압축공간이 내부에 구비된 원통형상으로 형성되되, 내주면에 베인(133) 및 베인 스프링(134)이 장착될 수 있도록 반경방향으로 길게 형성된 베인 장착구(132H)가 구비된다. 로터(131)와 실린더(132)는 일체로 회전하도록 상부 베어링 커버(135)를 기준으로 로터(131) 및 실린더(132)가 상하로 적층되도록 결합된다. 베인(133)은 일단이 하기에서 설명될 편심부(142) 외주면에 지지되는 동시에 다른 일단이 실린더(132)의 베인 장착구(132H)에 베인 스프링(134)에 의해 탄성 지지되도록 설치되고, 실린더(132)와 편심부(142) 사이의 압축공간을 냉매가 흡입되는 흡입포켓(S : 도 4에 도시)과 냉매가 압축 및 토출되는 압축포켓(D : 도 4에 도시)으로 구획한다. 물론, 베인(133)이 편심부(142) 및 실린더(132)의 베인 장착구(132H)에서 원활하게 움직이도록 하기 위하여 윤활 구조가 적용되는 것이 바람직하다.
상부 베어링 커버(135)는 고정부재(140)와 맞닿는 부분에 저널 베어링 또는 트러스트 베어링 접촉하도록 설치되고, 로터(131)와 실린더(132)를 상하 방향으로 적층하도록 결합하도록 결합시킨다. 이때, 로터(131)가 체결될 수 있도록 상부 베어링 커버(135)의 상면 외주 부분이 단차지게 형성되는데, 로터(131)가 상부 베어링 커버(135)의 상면 외주에 단차진 부분에 올려진 상태에서 볼트 체결되고, 실린더(132)가 상부 베어링 커버(135)의 저면 중심에 볼트 체결된다. 또한, 상부 베어링 커버(135)에는 압축공간에서 압축된 냉매가 토출될 수 있는 토출구(미도시) 및 이에 설치된 토출밸브(135A)가 구비되는데, 사체적을 줄이기 위하여 상부 베어링 커버(135)의 토출구는 베인(133)과 인접하게 위치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 상부 베어링 커버(135)는 로터(131)의 저면 및 실린더(132)의 상면에 결합되고, 하부 베어링 커버(135)는 실린더(131)의 저면에 결합되는데, 일종의 장볼트 등과 같은 체결부재에 의해 각각 체결된다.
고정부재(140)는 원기둥 형상으로 구비된 고정축(141)과, 고정축(141)의 원기둥에 비해 큰 직경을 갖는 원기둥 형상을 가지도록 고정축(141)의 모든 반경 방향으로 고정축(141)으로부터 돌출됨과 동시에 고정축(141)에 편심되게 형성된 편심부(142)로 이루어진다. 고정축(141)의 하부에는 밀폐용기(110)에 저장된 오일이 공급될 수 있는 오일공급유로(141A)가 형성되는 반면, 고정축(141)의 상부에는 저압의 냉매가 흡입될 수 있는 수직흡입유로(141B)가 형성되고, 오일공급유로(141A)와 수직흡입유로(141B)는 격리되도록 형성됨에 따라 오일이 냉매와 함께 빠져나가는 것을 방지할 수 있다. 편심부(142)는 고정축(141)의 모든 반경 방향에 대해서 확장되도록 형성되는데, 고정축(141)의 수직흡입유로(141B)와 연통되도록 편심부(142)의 반경 방향으로 외주면까지 연장된 수평흡입유로(142B)가 구비되며, 베인(133)은 수평흡입유로(142B)를 따라 지나갈 수 있다. 이때, 편심부(142)의 상/하면이 상부 및 하부 베어링 커버(135,136)와 맞닿으면서 트러스트 면으로 작용하기 때문에 편심부(142)의 상/하면에는 윤활유의 공급유로가 형성되는 것이 바람직하고, 편심부(142)의 외주면이 베인(133)과 맞닿도록 설치되기 때문에 편심부(142)의 내측에는 외주면까지 연장된 윤활유의 공급유로가 형성되는 것이 바람직하다.
상부 및 하부 축받이(150,160)는 고정축(141)을 움직이지 않도록 밀폐용기(110)에 고정시키는 동시에 회전부재(130)를 회전 가능하게 지지한다. 상부 축받이(150)는 고정축(141)의 상부가 끼워진 다음, 용접 등에 의해 밀폐용기(110)의 상부 쉘(112)에 고정된다. 이때, 상부 축받이(150)가 하부 축받이(160)에 비해 반경 방향으로 작게 형성되는데, 이는 상부 쉘(112)에 구비되는 흡입관(115) 또는 터미널(116)과 간섭을 방지하기 위함이다. 반면, 하부 축받이(160)는 고정축(141)의 하부와 이격되고, 고정축(141)의 하부를 감싸는 하부 베어링 커버(136)의 축부가 트러스트 베어링(161)에 회전 가능하게 지지된 다음, 밀폐용기(110)의 몸통부(111) 측면에 열박음 또는 3점 용접 등으로 고정된다. 이러한 상부 및 하부 축받이(150,160)는 프레스 가공에 의해 제조되지만, 베인(133), 상부 및 하부 베어링 커버(135,136), 고정축(141) 및 편심부(142) 등은 모두 주철로 주조한 다음, 연삭 및 추가 기계 가공에 의해 제조된다.
한편, 회전부재(130)가 고정부재(140)에 회전 가능하게 조립된 구조를 살펴보면, 상부 및 하부 베어링 커버(135,136)가 고정부재(130) 및 하부 축받이(160)에 회전 가능하게 설치된다. 보다 상세하게, 상부 베어링 커버(135)는 고정축(141) 상 부를 감싸는 상부 축부(135a)와, 편심부(142) 상면과 접하는 상부 커버부(135b,135c)로 이루어지되, 상부 커버부(135b,135c)는 압축공간의 압력을 견딜 수 있도록 비교적 두께가 두껍게 형성되는 동시에 저면에 실린더(132)가 볼트 체결되는 실린더 장착부(135b)와, 실린더 장착부(135b) 외주면에 단차지도록 비교적 두께가 얇게 형성되는 동시에 상면에 로터(131)가 안착된 상태에서 볼트 체결되는 로터 장착부(135c)로 이루어진다. 이때, 상부 축부(135a)의 내주면에는 고정축(142) 상부 외주면을 저널 지지하는 저널 베어링이 구비되고, 상부 커버부(135b,135c) 또는 실린더 결합부(135b)의 저면에는 편심부(142) 상면을 트러스트 지지하는 트러스트 베어링이 구비된다. 또한, 하부 베어링 커버(136)는 고정축(141) 하부를 감싸는 하부 축부(136a)와, 편심부(142) 저면과 접하는 하부 커버부(136b)로 이루어진다. 이때, 하부 축부(136a)의 내주면에는 고정축(142) 하부 외주면을 저널 지지하는 저널 베어링이 구비되고, 하부 커버부(136b) 상면에는 편심부(142) 저면을 트러스트 지지하는 트러스트 베어링이 구비된다. 또한, 하부 축받이(160)는 하부 축부(136b)를 감싸는 단차진 원통형상의 베어링부(160a)와, 베어링부(160a)의 반경 방향으로 확장되어 밀폐용기(110) 내측에 용접 고정되는 장착부(160b)로 이루어진다. 이때, 베어링부(160a)의 내주면에는 하부 축부(136a) 외주면을 저널 지지하는 저널 베어링이 구비되고, 베어링부(160a)의 단차진 저면에는 하부 축부(136a)의 하부 끝단을 트러스트 지지하는 트러스트 베어링이 구비되거나, 그 사이에 별도의 플레이트 형상의 트러스트 베어링(161)이 삽입될 수도 있다.
따라서, 상부 및 하부 베어링 커버(135,136)가 축방향에서 로터(131)와 실린 더(132) 및 고정부재(140)에 결합되면, 상부 베어링 커버(135)의 실린더 결합부(135b)의 저면이 실린더(132) 상면과 맞닿도록 볼트 체결되는 동시에 상부 베어링 커버(135)의 로터 결합부(135c)의 상면이 로터(132)의 저면과 맞닿도록 볼트 체결되고, 하부 베어링 커버(136)의 커버부(136b)가 실린더(132) 저면과 맞닿도록 볼트 체결된다. 이때, 상부 축부(135a)는 고정축(141) 상부에 저널 베어링 지지되는 동시에 상부 커버부(135b,135c)는 편심부(142) 상면에 트러스트 지지되기 때문에 상부 베어링 커버(135)가 고정부재(140)에 대해 회전 가능하게 설치되며, 하부 축부(136a)는 고정축(141) 하부에 저널 베어링 지지되는 동시에 하부 커버부(136b)는 편심부(142) 저면에 트러스트 지지되기 때문에 하부 베어링 커버(136)가 고정부재(140)에 대해 회전 가능하게 설치된다. 또한, 하부 베어링 커버(136)의 하부 축부(136a)는 하부 축받이(160)의 베어링부(160a)에 끼워지게 되는데, 서로 맞닿는 저널 면 또는 트러스트 면에서 베어링 지지됨에 따라 하부 베어링 커버(136)가 하부 축받이(160)에 대해 회전 가능하게 지지된다.
도 4는 본 발명에 따른 압축기의 베인 장착구조가 도시된 평면도이다.
베인(133)의 장착구조를 도 4를 참조하여 살펴보면, 실린더(132)의 외주면 일측에 돌출된 베인 피난 돌기부(132A)가 구비되고, 베인 피난 돌기부(132A)에는 실린더(132) 내/외주면에 반경 방향으로 길게 관통되는 동시에 축방향으로 관통된 베인 장착구(132H)가 구비되고, 베인 장착구(132H)를 막아주는 동시에 베인 스프링(134)이 지지되도록 실린더(132) 외주면에 베인 스프링 서포터(137)가 구비된다. 따라서, 베인(133)의 일단이 베인 장착구(132H)에 베인 스프링(134)에 의해 탄성 지지되는 동시에 베인(133)의 다른 일단이 편심부(142) 외주면에 지지된다.
이와 같이 장착된 베인(133)은 실린더(132)와 편심부(142) 사이에 구비된 압축공간을 흡입포켓(S)과 압축포켓(D)으로 나눈다. 상기에서 설명한 편심부(142)의 수평흡입유로(142B)는 흡입포켓(S)과 연통되도록 위치하고, 상부 베어링 커버(135)의 토출구 및 토출밸브(135A)는 압축포켓(D)과 연통되도록 위치하되, 상기에서 설명한 바와 같이 사체적을 줄이기 위하여 베인(133)과 근접하게 위치하는 것이 바람직하다.
따라서, 로터(131)가 스테이터(120 : 도 1에 도시)와의 회전자계에 의해 회전하면, 로터(131)와 상부 베어링 커버(135)에 의해 연결된 실린더(132)도 일체로 회전한다. 베인(133)이 실린더(132)의 베인 장착구(132H)에 탄성 지지되는 동시에 편심부(142)의 외주면에 지지되는데, 실린더(132)는 고정축(141)을 중심으로 회전하고, 베인(133)은 편심부(142)를 중심으로 편심부(142) 외주면을 따라 미끄럼 접촉하면서 회전하게 된다. 즉, 실린더(132)의 내주면은 편심부(142)의 외주면에 서로 대응하는 부분을 갖게 되는데 이렇게 서로 대응하는 부분들은 실린더(132)가 1회전할 때마다 접촉했다가 서로 멀어지는 과정을 반복하면서 흡입포켓(S)이 점진적으로 커지면서 냉매나 작동유체를 흡입포켓(S)으로 흡입함과 동시에 압축포켓(D)이 점진적으로 작아지면서 그 안의 냉매나 작동유체를 압축시킨 다음, 토출시킨다.
도 5는 본 발명에 따른 압축기에서 압축기구부의 운전사이클이 도시된 평면도이다.
압축기구부의 흡입, 압축, 토출되는 과정을 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이 실린더(132)와 베인(133)이 회전하면서 (a), (b), (c), (d)로 상대적인 위치가 변하게 되는 1싸이클을 보여준다. 보다 상세하게, 실린더(132) 및 베인(133)이 (a)에 위치하면, 흡입포켓(S)으로 냉매나 작동유체가 흡입되고, 흡입포켓(S)과 베인(133)으로 구획되는 토출되는 압축포켓(D)에서는 압축이 일어난다. 실린더(132) 및 베인(133)이 회전하면서 (b)에 도착할 때에도, 흡입포켓(S)이 늘어나는 동시에 압축포켓(D)이 줄어들면서, 흡입포켓(S)으로 냉매나 작동유체가 흡입되고, 압축포켓(D)에서 압축이 계속 일어난다. 실린더(132) 및 베인(133)이 회전하면서 (c)에 도착하면, 흡입포켓(S)으로 계속 흡입되고, 압축포켓(D)에서 냉매나 작동유체의 압력이 설정된 압력이상이 되는 경우에 냉매나 작동유체는 상부 베어링 커버(135 : 도 2에 도시)의 토출구 및 토출밸브(135A : 도 2에 도시)를 통해 토출하게 된다. (d)에서는 냉매나 작동유체의 흡입과 토출이 거의 끝나게 된다. 물론, (d)에서 (a)로 위치가 변경될 때, 베인(133)은 편심부(142)에 구비된 수평흡입유로(142B)를 지나게 된다.
상기와 같이 구성된 압축기는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 회전부재(130)가 고정부재(140)에 매달리도록 설치되고, 하부 축받이(160)에 회전 가능하게 지지되기 때문에 회전부재(130)가 고정부재(140)에 매달리는 부분과, 회전부재(130)가 하부 축받이(160)에 지지되는 부분 즉, 트러스트 면에 반드시 윤활이 이루어져야 하며, 그 외에도 회전부재(130)와 고정부재(140) 및 하부 축받이(160) 중에서 서로 맞닿는 부품들 사이에 윤활이 요구된다.
도 6은 본 발명에 따른 압축기의 윤활유로 일예가 도시된 측단면도이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 압축기의 하부 베어링 커버 및 상부 베어링 커버에 각각 구비된 윤활유로가 도시된 사시도이다.
밀폐용기(110 : 도 1에 도시)에 저장된 오일의 유면은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 적어도 하부 축받이(160)보다 높거나, 하부 베어링 커버(136)의 하부 축부(136a) 최하단보다 높게 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기에서 설명한 바와 같이 하부 베어링 커버(136)의 하부 축부(136a)가 하부 축받이(160)의 베어링부(160a)에 수용되기 때문에 서로 접촉되는 면 즉, 저널 면과 트러스트 면이 각각 베어링 지지되고, 이런 접촉면이 오일에 잠기기 때문에 별도의 윤활 유로가 구비되지 않더라도 무방하다.
하지만, 회전부재(130)와 고정부재(140)가 서로 맞닿는 부분에는 윤활유로가 구비되는 것이 바람직하되, 윤활유로는 하부윤활유로와, 오일공급부재와, 상부윤활유로로 나눌 수 있다. 하부윤활유로는 밀폐용기(110 : 도 1에 도시) 하부에 저장된 오일을 하부 베어링 커버(136)와 고정축(141) 및 편심부(142)의 서로 맞닿는 부분으로 공급하도록 구성되고, 오일공급부재(170)는 회전부재(130)와 함께 회전함에 따라 오일을 펌핑시키도록 구성되며, 상부윤활유로는 오일공급부재(170)에 의해 펌핑되는 오일을 상부 베어링 커버(135)와 고정축(141) 및 편심부(142)의 서로 맞닿는 부분으로 공급하도록 구성된다.
하부윤활유로는 고정축(141) 하부에 수직한 중공공간인 제1오일공급유로(141A)와, 오일공급유로(141A)와 연통되도록 고정축(141) 하부의 반경 방향으로 관통된 오일공급홀(미도시)과, 오일공급홀과 연통되도록 하부 베어링 커버(136)와 맞닿는 편심부(142) 저면 및 편심부(142) 바로 아래쪽의 고정축(141) 외주면에 형성된 제1오일공급홈(a,b)을 포함한다. 이때, 제1오일공급홈(a,b) 역시 하부 베어링 커버(136)와 고정축(141) 및 편심부(142)의 서로 맞닿는 부분 중에 어느 곳에 형성되더라도 무방하지만, 상대적으로 두께가 두꺼울 뿐 아니라 기계 가공이 용이한 고정축(141) 하부 외주면 및 편심부(142) 저면에 측단면이 'ㄱ'인 링 형상의 홈부로 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 오일 유면은 하부 베어링 커버(136)가 잠기도록 형성되는 것이 바람직하다. 그 외에도, 오일이 제1오일공급유로(141A) 및 오일공급홀을 지나지 않더라도 제1오일공급홈(a,b)으로 공급되도록 하기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같이 하부 베어링 커버(136)의 하부 축부(136a) 내주면에는 제1오일공급홈(a,b)과 연통되도록 수직한 직선형 또는 나선형의 그루브(136g)가 형성될 수 있다.
오일공급부재(170)는 하부 베어링 커버(136)의 하부 축부(136a)에 끼워지는 원통형상의 중공축부(171)와, 중공축부(171) 내부에 설치되어 회전력에 의해 중공축부(171)와 사이의 유로를 통하여 오일이 공급되도록 하는 프로펠러(172)를 포함한다. 따라서, 오일공급부재(170)는 하부 베어링 커버(136)와 같이 오일에 잠긴 상태에서 회전하게 되고, 오일이 오일공급부재(170)를 통하여 상승하게 된다.
상부윤활구조는 고정축(141)의 제1오일공급유로(141A)와, 고정축(141)의 제1오일공급유로(141A)와 연통되도록 편심부(142)의 상면까지 연장된 두 개 이상의 편심부(142)의 제2오일공급유로(142A)와, 편심부(142)의 제2오일공급유로(142A)와 연통되도록 상부 베어링 커버(135)와 맞닿는 편심부(142) 상면 및 편심부(142) 바로 위쪽에 고정축(141) 외주면에 형성된 제2오일공급홈(c,d)을 포함하되, 편심부(142)에 구비된 제2오일공급유로(142A)는 편심부(142)에 구비된 수평흡입유로(142B : 도 3에 도시)와 겹치지 않도록 구비되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 제2오일공급홈(c,d) 역시 상부 베어링 커버(135)와 고정축(141) 및 편심부(142)와 서로 맞닿는 부분 중에 어느 곳에 형성되더라도 무방하지만, 상대적으로 두께가 두꺼울 뿐 아니라 기계 가공이 용이한 고정축(141) 상부 외주면 및 편심부(142) 상면에 측단면이 'ㄴ'인 링 형상의 홈부로 형성되는 것이 바람직하다. 그 외에도, 오일이 제2오일공급홈(c,d)에 저장된 오일이 상부 베어링 커버(135)의 상부 축부(135a)와 고정축(142) 상부와 접촉하는 면을 따라 상승되면서 윤활시키도록 하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이 상부 베어링 커버(135)의 상부 축부(135a) 내주면에는 제2오일공급홈(c,d)과 연통되도록 수직한 직선형 또는 나선형의 그루브(135g)가 형성될 수 있다.
따라서, 밀폐용기(110) 하부에 저장된 오일은 하부 베어링 커버(136)의 하부 하부 축부(136a) 끝단을 비롯하여 오일공급홀보다 유면이 높게 형성되기 때문에 오일이 고정축(141)의 제1오일공급유로(141A), 고정축(141)의 오일공급홀, 하부 베어링 커버(136)의 그루브(136g)를 통하여, 제1오일공급홈(a,b)으로 유입된다. 이때, 하부 베어링 커버(136)의 하부 축부(136a)는 오일에 잠기게 됨에 따라 하부 축받이(160)와 사이에 윤활이 이루어지고, 하부 베어링 커버(136)는 제1오일공급홈(a,b) 및 그루브(136g)에 모인 오일에 의해 고정축(141) 및 편심부(142)와 사이에 윤활이 이루어지는 동시에 회전 가능하게 설치된다. 또한, 오일은 회전부 재(130)가 회전함에 따라 오일공급부재(170)에 의해 펌핑되고, 이러한 오일은 고정축(141)의 제1오일공급유로(141A), 편심부(142)의 제2오일공급유로(142A)를 통하여, 제2오일공급홈(c,d)으로 유입되고, 추가로 상부 베어링 커버(135)의 그루브(135g)를 통하여 상승하게 된다. 이때, 상부 베어링 커버(135)는 제2오일공급홈(c,d) 및 그루브(135g)에 모인 오일에 의해 고정축(141) 및 편심부(142)와 사이에 윤활이 이루어지는 동시에 회전 가능하게 설치된다.
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 본 발명에 따른 압축기의 일예가 도시된 측단면 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 압축기의 일예가 도시된 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 압축기의 일예가 도시된 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 압축기의 베인 장착구조가 도시된 평면도.
도 5는 본 발명에 따른 압축기에서 압축기구부의 운전사이클이 도시된 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 압축기의 윤활유로 일예가 도시된 측단면도.
도 7은 본 발명에 따른 압축기의 하부 베어링 커버에 구비된 윤활유로가 도시된 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 압축기의 상부 베어링 커버에 구비된 윤활유로가 도시된 사시도.

Claims (11)

  1. 오일이 저장된 밀폐용기;
    밀폐용기 내에 고정된 스테이터;
    밀폐용기에 상단이 움직이지 않도록 설치됨과 동시에 밀폐용기 내부로 길게 연장되는 고정축과, 고정축에 편심되도록 형성된 편심부를 포함하는 제1고정부재;
    고정축의 하단과 이격되도록 형성되며, 밀폐용기의 하부에 움직이지 않도록 설치되는 제2고정부재;
    스테이터와 제1고정부재 사이에 위치하고, 스테이터로부터의 회전 전자기장에 의해 제1고정부재를 중심으로 회전하면서 그 내에 형성되는 압축공간으로 냉매를 흡입하여 압축시킬 수 있고, 압축공간의 상부 및 하부를 형성하여 고정축을 중심으로 회전하는 상부 및 하부 베어링 커버를 포함하고, 상부 베어링 커버는 제1고정부재에 회전 가능하게 지지되고, 하부 베어링 커버는 제2고정부재에 회전 가능하게 지지되는 회전부재; 그리고,
    회전부재의 회전력을 이용하여 밀폐용기 내에 저장된 오일을 회전부재와 고정부재가 베어링되는 부분으로 안내하는 윤활유로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    회전부재는, 스테이터와의 상호 전자기력에 의해 고정축을 중심으로 회전하도록 스테이터와 고정부재 사이에 설치된 로터와, 로터에 적층되어 로터와 함께 회전하고 압축공간이 내부에 구비된 실린더와, 편심부와 실린더 사이의 압축공간을 냉매가 흡입되는 흡입포켓과 냉매가 압축 및 토출되는 압축포켓으로 구획하도록 실린더에 탄성 지지되어 실린더와 함께 회전하며 편심부의 외면과 미끄럼 접촉하는 베인과, 압축공간의 상부 및 하부를 형성하여 실린더와 함께 고정축을 중심으로 회전하는 상부 및 하부 베어링 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    하부 베어링 커버는 고정축을 에워싸는 하부 축부와, 실린더와 결합되어 압축공간의 하부를 형성하는 하부 커버부를 포함하고,
    하부 축부의 최하단이 밀폐용기 내에 저장된 오일에 잠기도록 설치되며,
    윤활유로는 하부 축부에 고정축의 외주면과 베어링되는 내주면에 형성된 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제2항에 있어서,
    회전부재의 하부에 장착되고, 회전부재가 회전됨에 따라 오일을 윤활유로로 펌핑하는 오일공급부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    하부 베어링 커버는 고정축을 에워싸는 하부 축부를 포함하고,
    오일공급부재는 하부 축부에 압입된 중공축부와, 하부 축부의 회전에 따라 오일을 나선형으로 상승시키도록 중공축부 내측에 고정된 프로펠러로 이루어진 것 을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    윤활유로는 고정축 하부에 축방향으로 형성된 제1오일공급유로와, 제1오일공급유로와 편심부 상면과 연통되도록 편심부에 형성된 제2오일공급유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    고정축 및 편심부를 관통하여 압축공간의 흡입포켓으로 연결되는 냉매흡입유로를 더 포함하고,
    제2오일공급유로는 냉매흡입유로를 우회하여 편심부의 상부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    편심부의 상면에는 상부 요홈부가 형성되고,
    상부 요홈부는 회전부재의 편심부 상면 사이에서 트러스트 면의 윤활을 위한 오일의 저장홈으로 기능하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  9. 제6항에 있어서,
    편심부의 저면에는 하부 요홈부가 형성되고,
    하부 요홈부는 회전부재와 편심부 저면 사이에서 트러스트 면의 윤활을 위한 오일의 저장홈으로 기능하며,
    윤활유로는 제1오일공급유로와 연통되도록 고정축 하부에 반경 방향으로 관통되어 하부 요홈부로 연결되는 오일공급홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  10. 제6항에 있어서,
    윤활유로는 제2오일공급유로와 연통되도록 편심부와 고정축 상부 및 상부 베어링 커버가 맞닿는 부분에 구비된 오일저장홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상부 베어링 커버는 고정축 상단을 일부 감싸는 상부 축부를 포함하고,
    윤활유로는 오일저장홈과 연통되도록 상부 베어링 커버의 축부 내주면에 구비된 그루브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
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