KR101970528B1 - 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 실린더가 외측 실린더부와 내측 실린더부, 그리고 외측 실린더부와 내측 실린더부를 연결하는 베인부로 이루어져 케이싱에 고정된다. 그리고 롤링피스톤이 베인부에 미끄러지게 결합되어 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에서 선회운동을 하면서 외측 압축공간과 내측 압축공간을 형성한다. 이를 통해 회전체의 무게를 줄여 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고 베어링 면적이 좁아 냉매 누설을 줄일 수 있으며 실린더의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있다. 또, 각 압축공간에서 냉매가 서로 반대쪽으로 토출되어 압축기의 진동 소음을 줄일 수 있다. 또, 롤링피스톤의 구동전달부 상면에 마찰회피홈이 형성됨으로써 롤링피스톤과 상부베어링 사이의 마찰면적을 줄이고 마찰회피홈에 채워지는 오일에 의해 롤링피스톤과 상부베어링 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 1 개의 실린더에 2개의 압축공간이 형성되는 1실린더-2압축실 압축기에 관한 것이다.

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

압축기는 통상 전동부인 전동부와 그 전동부에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 전동부가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다.

밀폐형 압축기는 실린더의 개수에 따라 단식 밀폐형 압축기와 복식 밀폐형 압축기로 구분할 수 있다. 단식 밀폐형 압축기는 케이싱의 내부에 한 개의 압축공간을 갖는 한 개의 실린더가 설치되는 반면, 복식 밀폐형 압축기는 케이싱의 내부에 한 개씩의 압축공간을 갖는 복수 개의 실린더가 설치되어 있다.

복식 밀폐형 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 1흡입-2토출 방식과 1흡입-1토출 방식으로 구분할 수 있다. 1흡입-1토출 방식은 복수 개의 실린더 중에서 제1 실린더에 어큐뮬레이터가 1차 흡입유로로 연결되고, 제2 실린더는 어큐뮬레이터가 연결된 제1 실린더의 토출측에 2차 흡입유로로 연결되어 냉매가 2단 압축된 후 케이싱의 내부공간으로 토출되는 방식이다. 반면, 1흡입-2토출 방식은 복수 개의 실린더가 한 개의 흡입관에 분지되어 연결되고, 복수 개의 실린더에서 냉매가 각각 압축되어 케이싱의 내부공간으로 토출되는 방식이다.

도 1은 종래 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 전동부(2)가 설치되고, 전동부(2)의 하측에는 압축부(3)가 설치되어 있다. 전동부(2)와 압축부(3)는 크랭크축(23)에 의해 기구적으로 연결되어 있다. 도면부호 21은 고정자, 22는 회전자이다.

압축부(3)는 크랭크축(23)을 지지하도록 메인베어링(31)과 서브베어링(32)이 일정 간격을 두고 케이싱(1)에 고정되며, 메인베어링(31)과 서브베어링(32)의 사이에는 중간플레이트(33)에 의해 분리되는 제1 실린더(34)와 제2 실린더(35)가 설치되어 있다.

중간플레이트(33)에는 흡입관(11)이 연결되는 흡입구(33a)가 형성되고, 흡입구(33a)의 끝단에는 제1 실린더(34)와 제2 실린더(35)의 각 압축공간(V1)(V2)으로 연통되는 제1 흡입홈(33b)과 제2 흡입홈(33c)이 형성되어 있다.

크랭크축(23)에는 제1 편심부(23a)와 제2 편심부(23b)가 대략 180°의 간격을 두고 축방향을 따라 형성되며, 제1 편심부(23a)와 제2 편심부(23b)의 외주면에는 냉매를 압축시키는 제1 롤링피스톤(36)과 제2 롤링피스톤(37)이 각각 결합되어 있다. 제1 실린더(34)와 제2 실린더(35)에는 제1 롤링피스톤(36)과 제2 롤링피스톤(37)에 각각 압접되어 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 각각 흡입실과 압축실로 구분하는 제1 베인(미도시)과 제2 베인(미도시)이 결합되어 있다. 도면부호 5는 어큐뮬레이터, 12는 토출관, 31a 및 31b는 토출구이다.

상기와 같은 종래의 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기는, 전동부(2)에 전원이 인가되어 그 전동부(2)의 회전자(22)와 크랭크축(23)이 회전을 하면 제1 롤링피스톤(36)과 제2 롤링피스톤(37)이 선회운동을 하면서 냉매를 제1 실린더(34)과 제2 실린더(35)로 번갈아 흡입하게 된다. 이 냉매는 제1 롤링피스톤(36)과 제1 베인 그리고 제2 롤링피스톤(37)과 제2 베인에 의해 압축되면서 메인베어링(31)과 서브베어링(32)에 구비된 각각의 토출구(31a)(31b)를 통해 케이싱(1)의 내부공간으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

하지만, 상기와 같은 종래의 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기는, 제1 편심부(23a)와 제2 편심부(23b)가 크랭크축(23)의 길이방향으로 일정 간격을 두고 축중심에 대해 편심지게 형성됨에 따라 편심하중에 의한 모멘트가 증가하게 되어 압축기의 진동과 마찰손실이 증가하게 되는 문제점이 있었다. 또, 각 베인이 각 롤링피스톤(36)(37)에 압접되어 흡입실과 압축실을 분리하는 것이나 운전조건에 따라서는 각 베인과 각 롤링피스톤(36)(37)이 서로 이격되면서 그 사이로 냉매 누설이 발생되면서 압축기 효율이 저하될 수 있었다.

이를 감안하여, 종래에는 국내등록특허 10-0812934호와 같이 한 개의 실린더에 두 개의 압축공간을 갖는 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기가 소개되어 있다. 도 2는 종래 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에 대한 일실시예를 보인 종단면도이고, 도 3은 도 2에 따른 1실린더-2압축실 방식의 압축기에서 실린더와 피스톤을 보인 횡단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래의 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기(이하, 1실린더-2압축실 압축기로 약칭함)는 피스톤(44)의 외측과 내측에 각각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)이 형성되어 있다. 그리고 피스톤(44)은 상부하우징(41)에 결합되어 케이싱(1)에 고정 결합되고, 실린더(43)는 크랭크축(23)의 편심부(23c)에 결합되어 피스톤(44)에 대해 선회하도록 상부하우징(42)과 하부하우징(42) 사이에서 미끄러지게 결합되어 있다.

상부하우징(41)의 일측에는 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)의 각 흡입실에 연통되도록 장공 형상의 흡입구(41a)가 형성되고, 상부하우징(41)의 타측에는 제1 압축공간(V1)과 토출공간(S2)의 각 압축실에 연통되도록 제1 토출구(41b)와 제2 토출구(41c)가 형성되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 실린더(43)는 제1 압축공간(V1)을 형성하는 외측 실린더부(45)와, 제2 압축공간(V2)을 형성하는 내측 실린더부(46)와, 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46) 사이를 연결하여 흡입실과 압축실을 분리하는 베인부(47)로 이루어져 있다. 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46)는 환형으로 형성되고, 베인부(47)는 수직으로 세워진 평판 모양으로 형성되어 있다.

외측 실린더부(45)의 내경은 피스톤(44)의 외경보다 크게, 내측 실린더부(46)의 외경은 피스톤(43)의 내경보다 작게 형성되어 외측 실린더부(45)의 내주면은 피스톤(44)의 외주면과 한 점에서 접하고 내측 실린더부(46)의 외주면은 피스톤(43)의 내주면과 한 점에서 접하여 각각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 형성할 수 있다.

피스톤(44)은 환형으로 형성되고, 실린더(43)의 베인부(47)가 미끄러지게 삽입되도록 부시홈(44a)이 형성되며, 부시홈(44a)에는 피스톤(44)이 선회운동을 하도록 롤링부시(48)가 설치되어 있다. 롤링부시(48)는 반원형의 흡입측 부시(48a)와 토출측 부시(48b)가 베인부(47)의 양쪽에서 평탄면이 베인부(47)에 접하도록 배치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 43a 및 44a는 측면흡입구이다.

상기와 같은 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 크랭크축(23)에 결합되는 실린더(43)가 피스톤(44)에 대해 선회운동을 하면서 냉매를 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)으로 번갈아 흡입하고, 이 흡입된 냉매는 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46) 그리고 베인부(47)에 의해 압축되어 제1 토출구(41b)와 제2 토출구(41c)를 통해 케이싱(1)의 내부공간으로 번갈아 토출하게 된다.

이로써, 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)이 동일 평면상에서 서로 인접되게 배치되어 모멘트와 마찰손실이 감소될 수 있다. 뿐만 아니라, 흡입실과 압축실을 분리하는 베인부(47)가 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46)에 일체로 결합됨에 따라 압축공간의 밀봉성이 향상될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 피스톤(44)이 고정되고 상대적으로 무거운 실린더(43)가 회전함에 따라 동일 냉력 대비 동력 손실이 크고, 베어링 면적이 넓어 그만큼 냉매가 누설될 우려가 증가하는 문제점이 있었다.

또, 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 실린더(43)의 외주면 일부가 상부하우징(41)의 내주면에 밀착되어 선회운동을 함에 따라 실린더(43)의 용적을 변경하기 위해서는 상부하우징(41)의 직경을 확대하여야 하고 이는 결국 케이싱(1) 자체를 확대 변경하여야 하므로 압축기의 용적 조절이 쉽지 않은 문제점도 있었다.

또, 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 제1 토출구(41b)와 제2 토출구(41c)가 같은 방향으로 형성됨에 따라 먼저 토출되는 냉매가 토출공간(S2)에서 일종의 맥동 현상을 유발시켜 압축기의 진동 소음이 가중되는 문제점도 있었다.

또, 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 실린더(43)와 그 실린더(43)를 스러스트 방향으로 지지하는 하부하우징(42)과의 사이에서 스러스트 베어링면이 형성됨에 따라 마찰손실이 증가하는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 회전체의 무게를 줄여 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고 베어링 면적이 좁아 냉매 누설을 줄일 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 실린더의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 각 압축공간에서 토출되는 냉매가 서로 완충되면서 맥동 현상을 감소시켜 진동 소음을 줄일 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 회전체와 그 회전체를 스러스트 방향으로 지지하는 베어링 사이에서의 마찰손실을 줄일 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치된 전동부의 회전력을 전달하는 크랭크축; 상기 크랭크축을 지지하는 복수 개의 베어링 플레이트; 상기 베어링 플레이트 사이에 고정 결합되고 외측 실린더부와 내측 실린더부가 베인부로 연결되어 압축공간을 형성하는 실린더; 및 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에서 상기 베인부에 미끄러지게 결합되어 상기 크랭크축에 의해 선회운동을 하면서 상기 압축공간을 외측 압축공간과 내측 압축공간으로 분리하는 롤링피스톤;을 포함하고, 상기 롤링피스톤과 그 롤링피스톤이 접하는 베어링 플레이트 중에서 적어도 어느 한 쪽 면에는 소정의 깊이와 면적을 갖는 마찰회피홈이 형성되는 압축기가 제공될 수 있다.

여기서, 롤링피스톤은, 환형으로 형성되어 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에 배치되는 피스톤부; 및 상기 피스톤부에서 판 형상으로 연장 형성되어 상기 크랭크축의 편심부에 결합되는 구동전달부;를 포함하고, 상기 마찰회피홈은 상기 베어링 플레이트와 대향되는 상기 구동전달부의 일측면 또는 그 구동전달부의 일측면과 대응되는 베어링 플레이트 중에서 적어도 어느 한 쪽 면에 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 외측 실린더부와 내측 실린더부를 갖는 실린더가 고정되고 그 실린더 안쪽에서 롤링피스톤이 선회운동을 함에 따라 상대적으로 무겁고 큰 실린더가 회전운동을 하는 것에 비해 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고 베어링 면적이 좁아 그만큼 냉매가 누설될 우려가 감소될 수 있다.

또, 실린더가 고정되고 롤링피스톤이 선회운동을 하는 한편 외측 실린더부의 외주면 일측에 돌출고정부가 형성되어 케이싱의 내주면과 실린더의 외주면 사이에 여유공간이 형성됨에 따라, 그 여유공간을 이용하여 실린더의 직경을 확대할 수 있고 이를 통해 실린더의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있다.

또, 외측 압축공간에 연통되는 제1 토출구와 내측 압축공간에 연통되는 제2 토출구가 서로 반대 방향으로 형성됨에 따라 토출되는 냉매가 서로 완충되어 맥동 현상을 감소시키고 이를 통해 압축기의 진동 소음을 줄일 수 있다.

또, 롤링피스톤이나 그 롤링피스톤에 축방향으로 대향되는 상부베어링이나 하부베어링에 소정의 면적과 깊이를 갖는 마찰회피홈이 형성됨으로써 롤링피스톤과 상부베어링 또는 하부베어링 사이의 마찰면적을 줄이고 그 마찰회피홈에 채워지는 오일에 의해 롤링피스톤과 상부베어링 또는 하부베어링 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 종래 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에 대한 일실시예를 보인 종단면도,
도 3은 도 2의 "I-I"선단면도로서, 실린더와 피스톤을 보인 횡단면도,
도 4는 본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 5는 도 4에 따른 압축기에서 압축부를 분해하여 보인 사시도,
도 6은 도 4에서 "II-II"선단면도,
도 7은 도 6의 "III-III"선단면도로서, 압축부를 보인 종단면도,
도 8은 도 4에 따른 압축기에서 롤링피스톤을 보인 평면도,
도 9는 도 8의 "IV-IV"선단면도로서, 마찰회피홈의 규격을 설명하기 위해 보인 종단면도,
도 10 및 도 11은 도 9에 따른 마찰회피홈을 갖는 압축기의 성능 및 신뢰성을 보인 그래프,
도 12는 도 4에 따른 압축기에서 부시홈으로 오일을 안내하는 오일유로를 보인 사시도,
도 13은 도 4에서 외측 압축공간과 내측 압축공간의 압축과정을 보인 횡단면도,
도 14는 도 4에 따른 압축기에서 롤링피스톤과 그에 따른 부재들의 다른 실시예를 보인 종단면도.

이하, 본 발명에 의한 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 압축기에서 압축부를 분해하여 보인 사시도이며, 도 6은 도 4에서 "II-II"선단면도이고, 도 7은 도 6의 "III-III"선단면도로서, 압축부를 보인 종단면도이며, 도 8은 도 4에 따른 압축기에서 롤링피스톤을 보인 평면도이고, 도 9는 도 8의 "IV-IV"선단면도로서, 마찰회피홈의 규격을 설명하기 위해 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 케이싱(1)의 내부공간에 구동력을 발생하는 전동부(2)가 설치되고, 전동부(2)의 하측에는 1개의 실린더에 2개의 압축공간(V1)(V2)을 갖는 압축부(100)가 설치될 수 있다.

전동부(2)는 케이싱(1)의 내주면에 고정 설치되는 고정자(21)와, 고정자(21)의 안쪽에서 회전 가능하게 삽입되는 회전자(22)와, 상기 회전자(22)의 중심에 결합되어 회전력을 후술할 롤링피스톤(140)에 전달하는 크랭크축(23)으로 이루어질 수 있다.

고정자(21)는 링 형상의 강판을 적층한 라미네이션이 케이싱(1)에 열박음하여 고정 결합되고, 라미네이션에 코일(C)이 권선되어 이루어질 수 있다.

회전자(22)는 링 형상의 강판을 적층한 라미네이션에 영구자석(미도시)이 삽입되어 이루어질 수 있다.

크랭크축(23)은 소정의 길이를 갖는 봉 형상으로 형성되고 하단부에 반경방향으로 편심지게 돌출되어 롤링피스톤(140)이 편심지게 결합되는 편심부(23a)가 형성될 수 있다.

압축부(100)는 축방향으로 소정의 간격을 두고 구비되어 크랭크축(23)을 지지하는 상부베어링 플레이트(이하, 상부베어링)(110) 및 하부베어링 플레이트(이하, 하부베어링)(120)과, 상부베어링(110)과 하부베어링(120) 사이에 구비되어 압축공간(V)을 형성하는 실린더(130)와, 크랭크축(23)에 결합되어 실린더(130)에서 선회운동을 하면서 압축공간(V)의 냉매를 압축시키는 롤링피스톤(140)으로 이루어질 수 있다.

상부베어링(110)은 케이싱(1)의 내주면에 밀착되어 용접 결합되고, 하부베어링(120)은 실린더(130)와 함께 상부베어링(110)에 볼트로 체결될 수 있다.

상부베어링(110)에는 후술할 제1 압축공간(V1)에 연통되는 제1 토출구(112a)가 형성되고, 하부베어링(120)에는 후술할 제2 압축공간(V2)에 연통되는 제2 토출구(122a)가 형성될 수 있다. 그리고 상부베어링(110)에는 제1 토출구(112a)를 수용하도록 토출커버(150)가 결합되고, 하부베어링(120)에는 제2 토출구(122a)를 수용하도록 하부챔버(160)가 결합될 수 있다. 하부베어링(120)과 실린더(130) 그리고 상부베어링(110)을 차례대로 관통하는 토출유로(F)가 형성되어 하부챔버(160)의 내부공간과 토출커버(150)의 내부공간이 연통될 수 있다.

상부베어링(110)과 하부베어링(120)은 환형으로 형성되어 중앙에 축구멍(111a)(121a)을 갖는 축수부(111)(121)가 각각 형성될 수 있다.

상부베어링(110)의 축구멍(111)의 내경(D1)이 하부베어링(120)의 축구멍(121)의 내경(D2)보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 크랭크축(23)은 편심하중의 중심으로부터 가까운 상부베어링(110)에 주로 지지됨에 따라 그 상부베어링(110)에 접하는 부위의 직경이 하부베어링(120)에 접하는 부위의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 토출구(112a)와 제2 토출구(122a) 중에서 상대적으로 내측에 위치하는 제2 토출구(122a)는 하부베어링(120)에 형성하는 것이 베어링의 축수부를 침범하지 않아 바람직할 수 있다.

예를 들어, 제2 토출구를 상부베어링(110)에 형성하게 되면 제2 토출구가 상대적으로 외경이 큰 상부베어링(110)의 축수부(111)를 침범하여야 하므로 그만큼의 베어링 강도가 저하될 수 있다. 따라서, 제2 토출구가 침범한 만큼의 베어링 강도를 보상하기 위해서는 상부베어링(110)의 축수부(111)가 길어져야 하고 이로 인해 압축기가 커질 수 있다. 따라서, 제2 토출구(122a)는 축수부의 외경이 상대적으로 작은 하부베어링(120)에 형성되는 것이 축수부(121)를 침범하지 않고도 제2 토출구를 형성할 수 있어 바람직할 수 있다.

도 5 및 도 6에서와 같이, 실린더(130)는 환형으로 형성되는 외측 실린더부(131)와, 외측 실린더부(131)의 내측에 압축공간(V)을 이루도록 반경방향으로 소정의 간격을 두고 형성되는 내측 실린더부(132)와, 외측 실린더부(131)와 내측 실린더부(132) 사이를 반경방향으로 연결하는 동시에 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 각각의 흡입실과 압축실로 분리하는 베인부(133)로 이루어질 수 있다. 베인부(133)는 후술할 제1 흡입구(131b)와 제1 토출구(112a) 사이에 형성될 수 있다.

외측 실린더부(131)는 그 외주면이 케이싱(1)의 내주면에 압입되어 용접 결합될 수도 있지만, 도 4에서와 같이 외측 실린더부(131)의 외경이 케이싱(1)의 내경보다 작게 형성되어 상부베어링(110)과 하부베어링(120) 사이에서 볼트(B1)로 체결되는 것이 실린더의 열변형을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다. 다만, 외측 실린더부(131)의 일부는 케이싱(1)의 내주면에 밀착되도록 돌출고정부(131a)가 원호형상으로 형성되고 그 돌출고정부(131a)에 반경방향으로 관통되어 제1 압축공간(V1)에 연통되는 제1 흡입구(131b)가 형성될 수 있다. 제1 흡입구(131b)에는 어큐뮬레이터(5)에 연결되는 냉매흡입관(11)이 삽입되어 결합될 수 있다.

그리고 외측 실린더부(131)는 상면과 하면이 각각 상부베어링(110)과 하부베어링(120)에 밀착되는 높이로 형성되고, 원주방향을 따라 복수 개의 체결구멍(131c)이 일정 간격을 두고 형성되며, 체결구멍(131c)의 사이에는 토출유로(F)를 이루는 복수개의 토출안내구멍(131d)이 형성될 수 있다.

내측 실린더부(132)는 그 중심부에 크랭크축(23)이 회전 가능하게 결합되도록 축구멍(132a)이 형성될 수 있다. 내측 실린더부(132)의 축구멍(132a)의 중심은 크랭크축(23)의 회전 중심과 일치하도록 형성될 수 있다.

그리고 내측 실린더부(132)는 그 높이(H2)가 외측 실린더부(131)의 높이(H1)보다 낮게 형성될 수 있다. 즉, 내측 실린더부(132)의 하면은 하부베어링(120)에 접하도록 외측 실린더부(131)의 하면과 같은 평면으로 형성되는 반면 상면은 후술할 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)가 상부베어링(110)과의 사이에 삽입될 수 있는 높이로 형성될 수 있다.

여기서, 실린더(130)는 그 실린더(130)의 외측 실린더부(131)에 형성되는 체결구멍(131c)을 통해 상부베어링(110)의 체결구멍(112b)과 하부베어링(120)의 체결구멍(122b)에 볼트(B1)로 체결될 수 있다.

도 5 내지 도 7에서와 같이, 베인부(133)는 전술한 바와 같이 외측 실린더부(131)의 내주면과 내측 실린더부(132)의 외주면 사이를 연결하도록 소정의 두께를 가지며 수직으로 세워진 판형으로 형성될 수 있다.

그리고 베인부(133)의 상면에는 후술할 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)가 내측 실린더부(132)와 베인부(133)의 일부를 복개하여 얹히도록 단차부(133a)가 형성될 수 있다. 따라서 외측 연결단(133b)에서 단차부(133a)까지를 제1 베인부(135)라고 하고 내측 연결단(133c)에서 단차부(133a)까지를 제2 베인부(136)라고 할 때, 제1 베인부(135)의 축방향 높이는 외측 실린더부(131)의 축방향 높이(H1)와 동일한 높이로, 제2 베인부(136)의 축방향 높이는 내측 실린더부(132)의 축방향 높이(H2)와 동일한 높이로 형성될 수 있다.

그리고 도 12에서와 같이, 제1 베인부(135)의 반경방향 길이(L1)는 후술할 부시홈(145)의 내경(또는 롤링부시의 외경)(D3)보다 크지 않게, 대략 동일하게 형성되는 것이 단차부(133a)에 의해 외측 실린더부(131)의 내주면과 롤링피스톤(140)의 외주면(또는 롤링부시의 외주면) 사이에 틈새가 발생하는 것을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다.

롤링피스톤(140)은 도 5 내지 도 7에서와 같이 외측 실린더부(131)와 내측 실린더부(132) 사이에 배치되는 피스톤부(141)와, 피스톤부(141)의 상단 내주면에서 연장되어 크랭크축(23)의 편심부(23c)에 결합되는 구동전달부(142)로 이루어질 수 있다.

피스톤부(141)는 대략 사각 단면을 갖는 원형띠 모양의 환형으로 형성되고, 피스톤부(141)의 외경은 외측 실린더부(131)의 내경보다는 작게 형성되어 피스톤부(141)의 외측에는 제1 압축공간(V1)이, 피스톤부(141)의 내경은 내측 실린더부(132)의 외경보다는 크게 형성되어 피스톤부(141)의 내측에는 제2 압축공간(V2)이 각각 형성될 수 있다.

그리고 피스톤부(141)의 외주면에서 내주면으로 관통되어 제1 흡입구(131b)와 제2 압축공간(V2)을 연통시키는 제2 흡입구(141a)가 형성되고, 제2 흡입구(141a)의 일측, 즉 제2 흡입구(141a)와 하부베어링(120)에 형성되는 제2 토출구(122a)의 사이에는 베인부(133)가 후술할 롤링부시(140)를 사이에 두고 관통하여 미끄러지게 삽입되도록 부시홈(145)이 형성될 수 있다.

부시홈(145)은 대략 원형 모양이나 그 부시홈(145)의 반경방향으로 베인부(133)가 관통 결합될 수 있도록 피스톤부(141)의 외주면과 내주면에서 불연속면으로 된 외측 개구면(145a)과 내측 개구면(145b)이 형성될 수 있다.

부시홈(145)의 반경방향으로는 베인부(133)가 삽입되고, 베인부(133)의 좌우 양측에는 롤링부시(170)의 흡입측 부시(171)과 토출측 부시(172)가 각각 삽입되어 회전 가능하게 결합될 수 있다. 롤링부시(170)는 평평한 면이 베인부(133)의 양쪽 측면에 각각 미끄러지게 접하고 둥근 면이 부시홈(145)의 주면에 미끄러지게 접하도록 결합될 수 있다.

구동전달부(142)는 크랭크축(23)의 편심부(23a)가 결합되도록 편심부 구멍(142a)을 갖는 환형의 판형상으로 형성될 수 있다. 그리고 구동전달부(142)의 편심부 구멍(142a) 주변, 즉 구동전달부(142)의 상측면에는 상부베어링(110)의 베어링면과의 마찰면적을 줄이는 동시에 배압공간을 형성할 수 있도록 소정의 깊이와 넓이를 갖도록 단차진 마찰회피홈(142b)이 형성될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나 마찰회피홈은 상부베어링(110)의 축방향 베어링면(112c)에 형성될 수도 있다.

도 8 및 도 9에서와 같이, 마찰회피홈(142b)은 편심부 구멍(142a)의 중심(CL)을 기준으로 동일한 반경(Y)을 갖는 환형으로 형성될 수 있다. 그리고 마찰회피홈(142b)은 그 마찰회피홈(142b)의 면적이 마찰회피홈(142b) 밖의 베어링면 면적보다 작게 형성되는 것이 제2 압축공간(V2)에서의 냉매누설을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다.

여기서, 마찰회피홈(142b)의 면적은 그 마찰회피홈(142b)의 반지름(Y)이 크랭크축의 편심부 반지름(β)과 마찰회피홈 깊이(X)에 0.86을 곱하여 합한 값보다는 크거나 같고 롤링피스톤의 반지름(α)에서 마찰회피홈 두께에 3.6을 곱하여 뺀 값보다 작거나 같게 형성되는 것이 압축기의 성능을 현저하게 높일 수 있어 바람직하다.

도 10은 마찰회피홈의 반지름 변화에 따라 압축기의 성능변화를 보인 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이 마찰회피홈이 형성되지 않은 경우에는 압축기 성능이 상대적으로 낮고 마찰회피홈의 반지름이 과도하게 큰 경우(α-3.6×X보다 큰 경우)에도 압축기의 성능이 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 하지만, 마찰회피홈이 반지름(Y)이 적정 범위, 즉 β + 0.86 × X ≤ Y ≤ α - 3.6 × X (이하, 식1)의 범위내에 형성되는 경우에는 압축기 성능이 크게 향상되는 것을 알 수 있다. 이는 식1의 범위내에서 마찰회피홈을 형성하는 경우 마찰손실을 줄이면서도 냉매의 누설을 적절하게 방지하여 압축기 성능이 향상되는 것으로 생각할 수 있다.

한편, 마찰회피홈의 깊이(X)는 롤링피스톤의 내주면 높이(H2)와 구동전달부의 두께(t)를 곱하여 롤링피스톤의 외주면 높이(H1)로 나누고 여기에 면압 해석을 통해 얻은 상수 0.602를 곱한 값보다 작거나 같게 형성하는 것이 신뢰성을 높일 수 있어 바람직할 수 있다. 즉, 상기 마찰회피홈의 깊이(X)는 X ≤ 0.602 × ((H2 × t) / H1)의 범위내에 형성되는 것이 적정한 신뢰성을 유지할 수 있는 압축기의 운전 가능 시간을 얻을 수 있다.

도 11은 마찰회피홈의 깊이 변화에 따른 압축기의 운전 가능 시간의 변화를 보인 그래프이다. 이에 도시된 바와 같이, 마찰회피홈(142b)이 형성되지 않은 경우에 대한 운전 가능 시간이 가장 높고 마찰회피홈(142b)의 깊이가 깊어짐에 따라 운전 가능 시간이 점차 줄어드는 것을 알 수 있다. 이는 마찰회피홈(142b)의 존재 유무 또는 마찰회피홈(142b)의 깊이가 롤링피스톤(140)의 내구성을 좌우하는 중요한 요소 중의 하나임을 알 수 있다. 따라서, 마찰회피홈(142b)이 없는 경우가 가장 압축기의 신뢰성을 높일 수 있겠으나, 전술한 바와 같이 마찰회피홈(142b)을 형성함에 따라 마찰면적을 줄이고 상부베어링(110)과의 사이에 오일이 유입되는 일종의 배압공간을 형성하여 입력손실을 감소시킬 수 있다. 이러한 장점을 고려하면 롤링피스톤의 신뢰성 감소를 최소화하는 범위내에서 마찰회피홈의 면적과 깊이를 상기와 같이 적절하게 조절하여 형성하는 것이 더 바람직할 수 있다.

한편, 마찰회피홈(142b)은 도 8 내지 도 11에서와 같이 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)에 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 구동전달부(142)가 대응되는 상부베어링(110)의 축방향 베어링면(112c)에 형성되거나 구동전달부(142)와 상부베어링(110)에 함께 형성될 수도 있다. 이 경우에도 마찰회피홈(142b)의 넓이와 깊이는 전술한 규격을 갖도록 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 구동전달부(142)가 하부베어링(120)에 대응되도록 형성되는 경우에는 그 하부베어링(120)과 구동전달부(142)에도 각각 형성될 수 있다. 그리고 마찰회피홈(142b)은 구동전달부(142)와 대응하지 않는 피스톤부(141)의 타측면이나 그에 대응하는 베어링의 축방향 베어링면(113c)에도 각각 형성될 수 있다. 다만, 마찰회피홈(142b)이 구동전달부(142)가 형성되지 않는 피스톤부(141)의 타측면에 형성되는 경우에는 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2) 사이에서의 냉매 누설을 고려하여 마찰회피홈(142b)의 깊이와 면적을 형성하여야 하거나 또는 별도의 실링부재를 설치하는 것이 바람직할 수도 있다.

아울러, 마찰회피홈(142b)은 환형으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 나선형이나 헬리컬 형상, 또는 엠보싱이 형상으로 형성될 수도 있고, 비원형으로 형성하되 축방향 하중이 큰 부위의 마찰회피홈 면적을 가장 크게 형성하는 등 다양하게 형성될 수 있다. 다만, 이 경우에도 각 마찰회피홈의 총넓이와 깊이는 전술한 실시예와 동일하게 형성될 수 있다.

그리고 도 12에서와 같이 마찰회피홈(142b)에서 부시홈(145)의 내주면으로 연결되어 마찰회피홈(142b) 또는 편심부 구멍(142a)으로 유입되는 오일의 일부를 부시홈(145)과 롤링부시(170) 사이로 안내하는 오일유로(142c)가 형성될 수 있다. 이로써, 크랭크축(23)을 통해 흡상되어 편심부 구멍(142a) 주변의 마찰회피홈(142b)으로 유입되는 오일의 일부가 오일유로(142c)를 통해 부시홈(145)으로 유입되고, 이 오일은 부시홈(145)과 롤링부시(170) 또는 롤링부시(170)와 베인부(133) 사이를 윤활시켜 롤링피스톤(140)의 선회운동시 그 롤링피스톤(140)과 롤링부시(170) 그리고 베인부(133) 사이에서의 마찰손실을 감소시킬 수 있다.

오일유로(142c)의 폭(L2)은 베인부(133)의 두께(L3)보다 크지 않게 형성되는 것이 바람직하다. 오일유로(142c)의 폭(L2)이 베인부(133)의 두께(L3)보다 큰 경우에는 롤링피스톤(140)이 선회운동을 할 때 롤링부시(170)에 대해 일종의 불연속면이 발생하여 마모나 입력이 증가할 수 있다. 따라서 불연속면을 최소화하기 위해서는 오일유로(142c)의 폭(L2)이 베인부(133)의 두께(L3)보다 크지 않게 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

여기서, 오일유로(142c)는 구동전달부(142)의 상측면에 소정의 깊이를 갖는 홈으로 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 편심부 구멍(142a)의 내주면에서 부시홈(145)으로 관통되는 구멍 형상으로 형성될 수도 있다. 이 경우에도 오일유로(142c)의 직경은 베인부(133)의 두께(L3)보다 작게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

도면중 미설명 부호인 181 및 182는 각각 제1 및 제2 토출밸브이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는 다음과 같이 동작된다

즉, 전동부(2)의 코일(C)에 전원을 인가하여 회전자(22)가 크랭크축(23)과 함께 회전을 하면, 크랭크축(23)의 편심부(23c)에 결합된 롤링피스톤(140)이 상부베어링(110)과 하부베어링(120)에 의해 지지되는 동시에 베인부(133)에 안내되어 외측 실린더부(131)와 내측 실린더부(132) 사이에서 선회운동을 하면서 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 번갈아 형성하게 된다.

이를 상세히 살펴보면, 도 13의 (a)와 (b)에서와 같이 롤링피스톤(140)이 외부 실린더부(131)의 제1 흡입구(131b)를 개방하면 그 제1 흡입구(131b)를 통해 냉매가 제1 압축공간(V1)의 흡입실로 흡입되어 롤링피스톤(140)의 선회운동에 의해 제1 압축공간(V1)의 압축실 방향으로 이동하면서 압축되고, 이 냉매는 도 13의 (c)와 (d)에서와 같이 제1 토출밸브(181)를 열고 제1 토출구(112a)를 통해 토출커버(150)의 내부공간으로 토출된다. 이때, 베인부(133)의 상면이 단차지게 형성되어 있지만 롤링부시(170)에 의해 제2 압축공간(V2)의 흡입실과 압축실이 차단되어 냉매의 누설을 방지할 수 있다.

반면, 도 13의 (c)와 (d)에서와 같이, 롤링피스톤(140)이 제2 흡입구(141a)를 개방하면 제1 흡입구(131b)와 제2 흡입구(141a)를 통해 냉매가 제2 압축공간(V2)의 흡입실로 흡입되어 롤링피스톤(140)에 의해 제2 압축공간(V2)의 압축실 방향으로 이동하면서 압축되고, 이 냉매는 도 13의 (a)와 (b)에서와 같이 제2 토출밸브(182)를 열고 제2 토출구(122a)를 통해 하부챔버(160)로 토출되며, 이 냉매는 토출유로(F)를 통해 토출커버(150)의 내부공간으로 이동하였다가 케이싱(1)의 내부공간으로 배출되는 일련이 과정을 반복하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 실린더(130)가 고정되고 그 실린더(130) 안쪽에서 롤링피스톤(140)이 선회운동을 함에 따라 상대적으로 무겁고 큰 실린더가 회전운동을 하는 것에 비해 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고, 베어링 면적이 좁아 그만큼 냉매가 누설될 우려가 감소될 수 있다.

또, 본 실시예는 실린더(130)가 고정되고 롤링피스톤이 선회운동을 하는 한편 외측 실린더부(131)의 외주면 일측에 돌출고정부(131a)가 형성되어 케이싱(1)의 내주면과 실린더(130)의 외주면 사이에 여유공간(S)이 형성됨에 따라, 그 여유공간(S)을 이용하여 실린더(130)의 직경을 확대할 수 있고 이를 통해 실린더(130)의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있다.

또, 본 실시예는 제1 토출구(112a)와 제2 토출구(122a)가 반대 방향으로 형성됨에 따라 토출되는 냉매가 서로 완충되어 맥동 현상을 감소시키고 이를 통해 압축기의 진동 소음을 줄일 수 있다.

또, 본 실시예는 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142) 상면에 소정의 면적과 깊이를 갖는 마찰회피홈(142b)이 형성됨으로써 롤링피스톤(140)과 상부베어링(110) 사이의 마찰면적이 줄어들게 된다. 뿐만 아니라, 마찰회피홈(141b)에 채워지는 오일에 의해 롤링피스톤(140)이 상부베어링(110)으로부터 미세하게 밀려나면서 롤링피스톤(140)과 상부베어링(110) 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

한편, 상기와 같은 본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에 대한 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 롤링피스톤의 구동전달부가 피스톤부의 상단에서 연장 형성되는 것이나, 본 실시예는 도 14에서와 같이 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)가 피스톤부(141)의 하단에서 연장 형성되는 것이다. 이 경우에도 피스톤부(141)의 하단에서 연장되는 구동전달부(142)에 마찰회피홈(142b)이 형성되거나 또는 하부베어링(120)의 축방향 베어링면(미부호)에 마찰회피홈이 형성될 수 있다.

여기서도 마찰회피홈(142b)은 전술한 실시예와 같은 식을 통해 적절한 깊이와 면적을 구할 수 있다. 따라서 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 한편, 구동전달부(142)가 피스톤부(141)의 하단에서 연장 형성됨에 따른 기본적인 구성과 작용 효과는 전술한 실시예들과 대동소이하다.

다만, 본 실시예에서는 구동전달부(142)가 피스톤부(141)의 하단에서 연장 형성됨에 따라 제1 토출구(122d)는 하부베어링(120)에, 제2 토출구(112d)는 상부베어링(110)에 각각 형성될 수 있다. 그리고 이 경우 제2 토출구(112d)가 수직방향으로 형성되면 그 제2 토출구(112d)가 상부베어링(110)의 축수부(111) 외주면과 간섭되어 상부베어링(110)의 축수부(111) 외주면 일부를 침범할 수 있으므로 도 14에서와 같이 제2 토출구(112d)는 상부베어링(110)의 축수부(111) 밖으로 경사지게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 구동전달부(142)가 피스톤부(141)의 하단에 형성됨에 따라 롤링피스톤(140)과 하부베어링(120) 사이의 마찰손실을 줄일 수 있다.

즉, 전술한 실시예와 같이 구동전달부(142)가 피스톤부(141)의 상단에서 연장 형성되는 경우에는 피스톤부(141)의 하면이 롤링피스톤(140)의 무게 전체를 받지만 그 피스톤부(141)의 하면이 적정한 실링면적을 확보하여야 하므로 피스톤부(141)의 하면에 마찰회피홈을 형성할 수 없었다.

이에 따라 전술한 실시예에서는 피스톤부(141)의 하면과 하부베어링(120) 사이에서의 마찰손실을 줄이기가 난해하였으나, 본 실시예와 같이 피스톤부(141)의 하단에 구동전달부(142)를 형성하는 경우에는 그 구동전달부(142)의 하면에 마찰회피홈(142b)을 형성하여 마찰면적이 확대되지 않으면서도 마찰회피홈(142b)으로 유입되는 오일의 배압력에 의해 롤링피스톤(140)이 부상하면서 마찰손실이 감소될 수 있다.

1 : 케이싱 2 : 전동부
23 : 크랭크축 23c : 편심부
100 : 압축부 110 : 상부베어링
112a : 제1 토출구 120 : 하부베어링
122a : 제2 토출구 130 : 실린더
131 : 외측 실린더부 131a : 돌출고정부
131b : 제1 흡입구 132 : 내측 실린더부
133 : 베인부 133a : 단차부
140 : 롤링피스톤 141 : 피스톤부
142 : 구동전달부 142b : 마찰회피홈
142c : 오일유로 145 : 부시홈
V1,V2 : 외측, 내측 압축공간

Claims (11)

1. 케이싱;
   상기 케이싱의 내부에 설치된 전동부의 회전력을 전달하는 크랭크축;
   상기 크랭크축을 지지하도록 각각 축구멍이 형성되는 복수 개의 베어링 플레이트;
   상기 베어링 플레이트 사이에 고정 결합되고 외측 실린더부와 내측 실린더부가 베인부로 연결되어 압축공간을 형성하는 실린더; 및
   상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에서 상기 베인부에 미끄러지게 결합되어 상기 크랭크축에 의해 선회운동을 하면서 상기 압축공간을 외측 압축공간과 내측 압축공간으로 분리하는 롤링피스톤;을 포함하고,
   상기 롤링피스톤은,
   환형으로 형성되어 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에 배치되고, 상기 크랭크축에 회전 가능하게 결합되도록 편심부 구멍이 형성되며, 상기 편심부 구멍은 상기 축구멍과 연통되는 피스톤부; 및
   상기 피스톤부에서 판 형상으로 연장 형성되어 상기 크랭크축의 편심부에 결합되는 구동전달부;를 포함하며,
   상기 롤링피스톤의 구동전달부와 그 롤링피스톤의 구동전달부가 접하는 베어링 플레이트 중에서 적어도 어느 한 쪽 면에는 소정의 깊이와 면적을 갖는 홈으로 된 마찰회피홈이 형성되고,
   상기 마찰회피홈은 상기 편심부 구멍의 주변에서 그 편심부 구멍에 연통되도록 형성되는 압축기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 구동전달부는 상기 피스톤부의 축방향 상단 또는 하단에서 연장 형성되는 압축기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마찰회피홈은 상기 구동전달부에 환형으로 형성되는 압축기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 롤링피스톤의 기하학적 중심에서 상기 마찰회피홈의 반지름(Y)은 β + A × X ≤ Y ≤ α - B × X의 범위내에 형성되는 압축기.
   여기서, α : 롤링피스톤의 반지름, β : 크랭크축의 편심부 반지름, X : 마찰회피홈의 깊이, A,B : 상수
7. 제1항에 있어서,
   상기 마찰회피홈의 깊이(X)는 X ≤ C × ((H2 × t) / H1)의 범위내에 형성되는 압축기.
   여기서, H1 : 롤링피스톤의 외주면 높이, H2 : 롤링피스톤의 내주면 높이, t : 구동전달부의 두께, C : 상수
8. 제1항에 있어서,
   상기 마찰회피홈의 면적은 그 마찰회피홈이 형성되는 면에서 상기 마찰회피홈 이외의 면적보다 작게 형성되는 압축기.
9. 제1항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 베인부는,
   상기 외측 실린더부의 내주면에 연결되는 제1 베인부; 및
   상기 내측 실린더부의 외주면에 연결되는 제2 베인부;로 이루어지며,
   상기 제1 베인부의 높이는 상기 제2 베인부의 높이와 상이하게 형성되는 압축기.
10. 제9항에 있어서,
    상기 롤링피스톤은 상기 실린더의 베인부가 미끄러지게 삽입되는 부시홈이 형성되고, 상기 부시홈에는 상기 롤링피스톤의 선회운동을 유도하는 롤링부시가 회전 가능하게 결합되며,
    상기 마찰회피홈과 부시홈의 사이에는 오일을 안내하는 오일유로가 형성되는 압축기.
11. 제10항에 있어서,
    상기 오일유로의 폭은 상기 베인부의 두께보다 작거나 같게 형성되는 압축기.

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