KR101983495B1 - 편심부 급유를 위한 그루브가 구비된 로터리 압축기 - Google Patents

편심부 급유를 위한 그루브가 구비된 로터리 압축기 Download PDF

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박준홍
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 편심부 급유를 위한 그루브가 구비된 로터리 압축기에 관한 것으로, 급유가 부족해지는 조건에서도 편심부와 롤러 사이에 함유된 오일로 윤활이 지속되어 압축기의 신뢰성을 확보할 수 로터리 압축기에 관한 것이다.
본 발명은 구동모터와 결합되어 회전력을 전달하고, 내부에 길이방향을 따라 형성되는 중심유로가 구비된 회전축, 상기 회전축에 편심되어 구비되는 편심부, 상기 회전축이 관통하고, 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 압축실이 형성되는 실린더, 내주면이 상기 편심부의 외주면과 밀착되고 상기 회전축이 회전함에 따라 외주면이 상기 실린더의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시키는 롤러, 상기 실린더에 삽입 설치되고, 배압력이 가해지면 돌출되어 상기 롤러의 외주면과 접하면서 상기 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인, 상기 편심부의 외주면에 형성되는 복수개의 급유그루브 및 상기 중심유로와 상기 편심부의 외주면에 배치된 급유그루브를 연통시키는 급유유로를 포함하는 로터리 압축기를 제공한다.
본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 급유가 부족해지는 조건에서도 편심부와 롤러 사이에 함유된 오일로 윤활이 지속되어 압축기의 신뢰성을 확보할 수 있다.

Description

편심부 급유를 위한 그루브가 구비된 로터리 압축기{A Rotary Compressor Having A Groove For Lubricating The Eccentric Part}
본 발명은 편심부 급유를 위한 그루브가 구비된 로터리 압축기에 관한 것으로, 로터리 압축기의 크랭크 샤프트 편심부를 윤활할 수 있도록 급유 구조가 개선된 로터리 압축기에 관한 것이다.
압축기는 냉장고나 에어컨과 같은 증기압축식 냉동사이클에 적용되는 것으로, 압축기는 냉매를 압축실로 흡입하는 방식에 따라 간접 흡입 방식과 직접 흡입 방식으로 구분될 수 있다.
간접 흡입 방식은 냉동사이클을 순환하는 냉매가 압축기의 케이스 내부공간으로 유입된 후 압축실로 흡입되는 방식이고, 직접 흡입 방식은 간접 흡입 방식과 달리 냉매가 직접 압축실로 흡입되는 방식이다. 간접 흡입 방식은 저압식 압축기로, 직접 흡입 방식은 고압식 압축기로 지칭될 수 있다.
저압식 압축기는 냉매가 압축기의 케이스 내부공간으로 먼저 유입됨에 따라 액냉매나 오일이 압축기 케이스의 내부공간에서 걸러지므로 별도의 어큐뮬레이터가 구비되지 않는다. 이에 반해, 고압식 압축기는 압축실로 액냉매나 오일이 유입되는 것을 방지하기 위해 통상적으로 어큐뮬레이터가 압축실보다 흡입측에 구비되어 있게 된다.
압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 회전식과 왕복동식으로 구분할 수 있다.
회전식 압축기는 롤링피스톤(이하 롤러라 한다.) 실린더에서 회전이나 선회운동을 하면서 압축실의 용적을 가변시키는 방식이고, 왕복동식 압축기는 롤링피스톤이 실린더에서 왕복 운동을 하면서 압축실의 용적을 가변시키는 방식이다.
회전식 압축기로는, 전동부의 회전력을 이용하여 냉매를 압축하는 로터리 압축기가 있다.
최근에는 로터리 압축기를 점차 소형화하면서, 그 효율을 높이는 것이 주된 기술 개발의 목표가 되고 있다. 또한, 소형화된 로터리 압축기의 운전속도 가변 범위를 증대시킴으로써 더 큰 냉방 능력(Cooling Capacity)을 얻기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
로터리 압축기는 외관을 형성하는 케이스의 내부에 구동모터 및 압축유닛이 포함되며 흡입된 냉매를 압축한 후 토출하게 된다. 구동모터는 회전축을 중심으로 회전자와 고정자 순으로 이루어지며, 고정자에 전원이 인가되면 회전자는 고정자의 내부에서 회전하면서 회전축을 회전시키게 된다.
압축유닛은 압축실을 형성하는 실린더, 회전축에 결합되는 롤러 및 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인으로 이루어진다.
실린더의 내부에는, 회전축이 회전함에 따라 회전축을 중심으로 회전하며 실린더의 내주면에 접하여 구르는 롤러가 설치된다. 롤러는 회전축과 편심 회전운동을 하게 된다.
회전축의 편심부 주변에 위치하는 롤러가 원통 형상의 압축실을 형성하는 실린더 내에 위치하고, 적어도 하나의 베인이 롤러와 압축실 사이에 연장되어 압축실을 흡입영역과 압축영역으로 구획할 수 있다.
베인은 실린더에 마련된 홈에서 슬라이딩 이동하며 롤러의 면을 가압하도록 구성되고, 베인에 의해 압축실은 흡입영역과 압축영역으로 구획되는 것이다. 회전축의 회전에 따라 흡입영역이 점진적으로 커지면서 유체를 흡입영역으로 흡입함과 동시에 압축영역이 점진적으로 작아지면서 압축영역 내부의 유체를 압축할 수 있다.
회전축에 편심되어 마련된 편심부의 외주면과 롤러의 내주면이 밀착하여 롤러는 압축실 내에서 편심되어 위치하게 된다. 회전축이 회전함에 따라 따라 롤러도 회전하게 되는데, 이때 편심부의 외주면과 롤러의 내주면이 밀착된 부분에서 마찰이 발생하게 된다. 일반적으로 회전축 편심부의 외주면과 롤러의 내주면 사이에 작용하는 마찰을 줄이기 위하여 급유를 통하여 윤활을 하게 된다.
종래의 로터리 압축기는, 회전축 편심부의 외주면과 롤러의 내주면 사이에 작용하는 마찰로 인한 기계적 손실이 전체 기계적 손실의 50%이상을 차지하여 장치의 신뢰도가 떨어지거나, 구동 효율이 저하되는 문제가 발생하였다.
따라서, 편심부의 외주면과 롤러의 내주면 사이에 작용하는 마찰을 줄일 수 있도록 회전축 편심부와 롤러 사이에 윤활구조의 최적화가 요구되는 실정이다.
대한민국 등록특허 10-1340164호 (공고일자 2013년 12월 10일)
본 발명의 목적은 로터리 압축기의 편심부와 롤러 사이의 마찰 손실을 저감하여 로터리 압축기의 기계 손실을 저감하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 편심부와 롤러 사이에 원활한 급유가 이루어지도록 함으로써 로터리 압축기의 기계 효율을 개선하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 로터리 압축기의 급유가 부족해지는 조건(저속 또는 액냉매유입)에서도 오일에 의한 윤활성능이 확보될 수 있도록 함으로써, 로터리 압축기의 내구성과 신뢰성을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명에 따른 로터리 압축기는 롤러와 접촉하는 편심부의 외주면에 급유그루브를 구비하여, 급유그루브를 통하여 오일이 공급될 수 있도록 하는 구조를 제공한다.
이 때, 상기 급유그루브는 편심부의 토출개시 각도 이전 구간에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 급유그루브는 회전축의 중심과 편심부의 중심을 연결하는 직선을 기준으로 구분되는 일측의 반원 구간에 배치되되, 상기 회전축이 회전함에 따라 압축실의 흡입영역이 형성되는 반원 구간에 배치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 급유그루브는 상기 편심부의 외주면에 회전축과 나란한 방향으로 복수개가 배치될 수 있다.
이 때, 상기 급유그루브는 상기 편심부의 회전방향에 대하여 후방에 배치되는 그루브 면이 상기 편심부의 외주면과 이루는 각도가 둔각으로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 구조는 하나의 회전축에 복수개의 편심부가 구비되는 경우에도 적용될 수 있다. 예를 들어 2개의 편심부가 구비되는 경우 두개의 편심부는 180도의 위상차를 가지도록 배치될 수 있다. 이 경우 각 편심부에 구비되는 편심그루브의 배치영역도 180도의 위상차를 가지게 된다.
본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 편심부와 롤러 사이에 오일이 저장될 수 있는 급유그루브에 오일이 저장될 수 있도록 함으로써, 로터리 압축기가 저속으로 회전하더라도 편심부와 롤러의 사이에 원활하게 오일이 급유되어 윤활될 수 있도록 하는 효과를 가져온다.
본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 윤활성과 마찰면적이 축소되어 압축기의 성능을 향상시키고, 마찰부의 마모를 감소시키는 효과가 있다. 본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 급유가 부족해지는 조건에서도 편심부와 롤러 사이에 함유된 오일로 윤활이 지속되어 압축기의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 냉매가 가하는 압력에도 편심부와 롤러 사이에 지속적으로 급유가 이루어질 수 있도록 하며, 편심부와 롤러 사이에 형성된 윤활막이 유지되도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 로터리 압축기의 내부의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도1의 압축유닛의 내부 모습을 확대한 도면이다.
도 3은 로터리 압축기에서 마찰에 의한 손실이 발생하는 비율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 중심유로를 통하여 급유하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 복수의 그루브가 구비된 편심부의 측면의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 급유그루브 형태의 일실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 평면의 모습을 나타낸 도면이다.
도 8은 편심부에 급유그루브가 구비되는 영역을 나타낸 도면이다.
도 9는 롤러의 외주면이 실린더 내주면에 접하는 지점이 베인이 토출되는 영역에 형성되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 압축실이 베인에 의해 흡입챔버(L)와 토출챔버(H)로 구획되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 토출챔버(H) 내부에 수용된 냉매의 압력이 증가하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 압축유닛이 2개의 압축부로 구비된 압축유닛을 나타낸 도면이다.
도 13은 2개의 편심부가 구비된 회전축의 측면도이다.
도 14는 도 13의 평면의 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 로터리 압축기에 대해, 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구용적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 로터리 압축기의 내부의 모습을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 압축유닛의 내부 모습을 확대한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축이 상하로 연장되는 종형의 로터리 압축기뿐만 아니라, 회전축이 측방으로 연장되는 횡형의 로터리 압축기 또한 포함될 수 있다.
로터리 압축기는, 케이스(110), 구동모터(120) 및 압축유닛(130)을 포함한다.
케이스(110)는 외관을 형성하는 것으로, 일 방향을 따라 연장되는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 회전축(123)의 연장 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
케이스(110)의 내부에는 흡입된 냉매가 수용되어 압축된 후 토출되도록, 압축실(170)을 형성하는 실린더(133)가 설치된다.
케이스(110)는 제1 쉘(110a), 제2 쉘(110b) 및 제3 쉘(110c)로 이루어질 수 있다. 제2 쉘(110b)의 내측면에는 구동모터(120)와 압축유닛(130)이 고정 설치될 수 있으며, 제2 쉘(110b)의 일측과 타측에는 각각 제1 쉘(110a) 및 제3 쉘(110c)이 위치되어 내부에 위치되는 구성 요소들의 외부 노출을 제한하게 된다.
압축유닛(130)은 냉매를 압축하여 토출시키는 역할을 하는 것으로, 롤러(134), 베인(135), 실린더(133), 제1 블록(131) 및 제2 블록(132)을 포함할 수 있다.
구동모터(120)는 압축유닛(130)의 일측에 위치되고, 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공하는 역할을 한다. 구동모터(120)는 고정자(121), 회전자(122) 및 회전축(123)을 포함한다.
고정자(121)는 케이스(110)의 내부에 고정되도록 설치되며, 원통형의 케이스(110)의 내주면에 열박음의 방법으로 장착될 수 있다. 또한, 고정자(121)는 제2 쉘(110b)의 내주면에 고정 설치되도록 위치될 수 있다.
회전자(122)는 고정자(121)와 이격 배치되며, 고정자(121)의 내측에 배치될 수 있다. 고정자(121)에 전원이 인가되면, 고정자(121)와 회전자(122)의 사이에 형성된 자기장에 따라 발생하는 힘에 의해 회전자(122)가 회전되며, 회전자(122)의 중심을 관통하는 회전축(123)에 회전력을 전달하게 된다.
제2 쉘(110b)의 일 측에는 흡입포트(미도시)가 설치되고, 제1 쉘(110a)의 일 측에는 토출배관(114)이 설치되어, 케이스(110)의 내부로부터 냉매의 유출이 가능하게 된다.
흡입포트(미도시)는 냉동사이클을 형성하는 증발기(미도시)로부터 흡입배관(113)과 케이스(110)를 연통시키고, 토출구(미도시)는 응축기(미도시)로부터 토출배관(114)과 케이스(110)를 연통시키게 된다.
케이스(110)의 내부에 설치되는 압축유닛(130)은, 흡입된 냉매를 압축시킨 후 토출하게 된다. 냉매의 흡입과 토출은 압축실(170)이 형성되는 실린더(133)의 내부에서 이루어지게 된다.
실린더(133)는 회전축(123)이 관통하고, 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 압축실(170)을 형성하며, 압축실(170)과 연통되는 흡입포트(미도시)와 토출포트(미도시)가 형성될 수 있다.
실린더(133)에 형성되는 흡입포트(미도시)를 통해 유입되는 냉매가 압축된 후 토출되는 과정에 있어서, 토출포트(미도시)의 단부가 확장되는 구조가 형성되도록 하면, 압축된 냉매가 보다 원활하게 토출될 수 있다.
실린더에는 압축실(170)을 복수개의 챔버로 구획할 수 있는 베인(135)이 설치될 수 있다. 즉, 챔버는 실린더(136), 롤러(134), 제1 블록(131), 제2 블록(132) 및 베인(135)에 의해 규정될 수 있다. 편심되어 회전하는 롤러(134)외 외주면에 베인(135)의 일단이 접촉된 상태를 유지하기 위해, 베인(135)의 타단에 배압력을 가할 수 있는 스프링이 설치될 수 있다.
베인(135)은 하나 이상의 복수개로 이루어질 수 있고, 복수개로 이루어진 베인(135)에 의해 압축실(170)은 복수개의 챔버로 구획될 수 있다.
회전축(123)의 편심부(125) 주변에 위치하는 롤러(134)가 원통 형상의 압축실(170)을 형성하는 실린더(136) 내에 위치하고, 베인(135)이 롤러(134)의 외주면으로 돌출되어 압축실(170)을 흡입포트와 연통되는 흡입챔버(L)와 토출포트와 연통되는 토출챔버(H)로 구획할 수 있다.
실린더(133)의 내부에는 회전축(123)에 편심된 상태로 형성된 편심부(125)와 편심부(125)에 끼워진 롤러(134)가 마련된다. 편심부(125)의 외주면은 롤러(134)의 내주면과 밀착되고 롤러(134)의 외주면은 실린더(136)의 내주면과 밀착되어 회전축(123)이 회전함에 따라 롤러(134)가 실린더(136)의 내주면과 접하는 지점인 접점부(B)에서 접하며 구르게 된다. 구동모터(120)에 의해 회전축(123)이 회전하면 편심부(125)의 외주면에 밀착된 롤러(134)가 실린더의 내부공간에서 선회운동을 하게 되고 베인(135)과의 사이에서 흡입챔버(L)의 용적이 증가됨으로써 흡입챔버(L)로 냉매가스가 흡입될 수 있다.
이와 동시에 먼저 흡입된 냉매는 롤러(134)의 외주면이 실린더 내주면과 밀착하여 구르며 베인(135)과의 사이에서 토출챔버(H)의 용적이 감소됨으로써 냉매가스를 압축하게 된다. 냉매가스가 일정한 압력에 도달하면 토출구멍(137)의 막고 있는 토출밸브(138)가 열리면서 냉매가스가 토출구멍(137)을 통하여 압축실(170)에서 배출될 수 있다.
회전축(123)의 회전에 따라 롤러(134)가 압축실(170) 내에서 편심된 상태로 회전하기 때문에, 흡입챔버(L)의 용적이 점진적으로 증가하면서 냉매가스를 흡입챔버(L)로 흡입할 수 있고 동시에 토출챔버(H)의 용적이 점진적으로 감소하면서 토출챔버(H) 내부의 냉매를 압축할 수 있는 것이다.
도 3은 로터리 압축기에서 마찰에 의한 손실이 발생하는 비율을 나타낸 그래프이고, 도 4는 중심유로(124)를 통하여 급유하는 상태를 나타낸 도면이며, 도 5는 복수의 그루브가 구비된 편심부(125)의 측면의 상태를 나타낸 도면이다.
압축실(170)의 측부는 실린더의 내주면 및 롤러(134)의 외주면에 의해 규정될 수 있다. 롤러(134)의 내주면은 편심부(125)의 외주면과 밀착되어 편심부(125)가 회전함에 따라 롤러(134)의 외주면이 실린더의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시킬 수 있다.
편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면이 밀착되므로 편심부(125)가 회전하면 편심부(125)와 롤러(134) 사이에서 마찰이 발생하게 되는데, 이때 마찰에 의하여 발생하는 마찰손실은, 도 3에 도시된 바와 같이, 압축유닛 내부에서 발생하는 전체 기계손실의 50% 이상을 차지한다.
편심부(125)와 롤러(134) 사이에 마찰이 발생하게 되면, 압축기의 효율이 떨어지고, 편심부(125)와 롤러(134)에 마모가 발생할 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 편심부(125)와 롤러(134) 사이에 발생하는 마찰을 줄이기 위하여, 편심부(125) 외주면과 롤러(134) 내주면 사이에 지속적인 급유가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
회전축은 내부가 비어있는 중공축으로서, 중공부분은 오일이 유동할 수 있는 중심유로(124)가 마련될 수 있다. 그리고, 중심유로(124) 내부에는 나선형으로 마련된 오일 프로펠러(126)가 삽입될 수 있다.
오일 프로펠러(126)는 중심유로(124) 내부에 삽입된 상태에서, 회전축이 회전할 때 오일 프로펠러(126)는 회전축과 함께 회전할 수 있다. 회전축의 회전에 의해 오일 프로펠러(126)가 회전하며 회전축 내부 일측에 충진되어 있는 오일이 오일 프로펠러(126)를 따라 중심유로(124)를 통하여 유동할 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는, 도 5에 도시된 바와 같이, 편심부(125)의 외주면에 형성되는 복수개의 급유그루브(160)를 포함할 수 있다.
급유그루브(160)는 편심부(125)의 외주면에 복수개가 배치될 수 있다. 각각의 급유그루브(160)는 회전축의 축방향과 나란한 방향으로 형성된 슬롯 형상을 가질 수 있다. 이는 급유그루브(160)에서 토출되는 오일이 롤러의 내주면에 균일하게 공급될 수 있도록 하기 위한 것이다.
중심유로(124)를 따라 유동하는 오일은 편심부(125)의 외주면과 중심유로(124)를 연통시킬 수 있는 급유유로(150)를 통하여 편심부(125)의 외주면으로 급유될 수 있다.
편심부(125)의 외주면으로 급유된 오일은 편심부(125)의 외주면에 복수개 구비된 급유그루브(160)에 유입되고, 급유그루브(160)에 유입된 오일을 급유그루브(160)에 함유된 상태에서 편심부(125)의 외주면이 롤러(134)의 내주면과 밀착된 상태로 회전하게 된다.
따라서, 저속회전 시 또는 액냉매가 유입되는 상황에서도, 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 지속적인 급유가 이루어질 수 있으므로 편심부(125)와 롤러(134) 사이의 윤활성이 향상될 수 있다.
또한, 편심부(125)의 외주면에 복수개의 급유그루브(160)가 형성됨으로써, 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면의 접촉면적이 줄어들게 되어 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이의 마찰면적이 감소할 수 있다.
편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 마찰면적이 감소함으로써 마찰에 의한 기계적 손실을 줄일 수 있고, 마찰 때문에 발생하는 마모에 의한 장치의 손상을 막을 수 있으며, 급유가 부족해질 수 있는 조건에서도 지속적인 급유로 윤활성을 확보할 수 있어 압축기의 효율과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 급유그루브(160) 형태의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 평면의 모습을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 급유그루브(160)는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 편심부(125)의 회전방향(R)에 대하여, 후방에 배치되는 그루브 면과 전방에 배치되는 그루브 면으로 구비될 수 있다.
이때, 후방에 배치되는 그루브 면이 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(a)가 둔각으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 급유그루브(160)의 내부에 저장된 오일이 배출될 때 발생하는 유체의 저항을 감소시키기 위한 것이다. 또한, 급유그루브(160)에서 배출되는 오일이 롤러의 내주면을 향하여 원활하게 유동될 수 있도록 하기 위한 것이다.
편심부가 회전할 때 발생하는 원심력에 의하여 급유그루부(160)의 저장된 오일이 배출되는데, 이 때 받는 오일의 흐름 저항을 감소시켜 저장된 오일이 효과적으로 롤러와 편심부 사이를 윤활할 수 있게 된다.
급유그루브(160)는 후방에 배치되는 그루브 면이 편심부(125)의 외주면과 둔각을 이루게 되면, 후방에 배치되는 그루브 면이 롤러(134)의 내주면과 예각을 이룬 상태로 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면이 밀착하여 회전할 수 있다.
따라서, 편심부(125)가 롤러(134)의 내주면과 밀착 회전할 때, 급유그루브(160)에 함유된 오일이 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이로 오일이 원활하게 유입될 수 있다.
즉, 후방에 배치되는 그루브 면이 롤러(134)의 내주면과 작은 각을 이룰수록, 후방에 배치되는 그루브 면과 롤러(134)의 내주면 사이 간격의 감소율이 작아지기 때문에, 급유그루브(160)에 함유된 오일이 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이로 오일이 원활하게 유입될 수 있는 것이다.
또한, 급유그루브(160)는, 편심부(125)의 회전방향(R)에 대하여, 후방에 배치되는 그루브 면이 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(a)가 전방에 배치되는 그루브 면이 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(b)보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
급유그루브(160)는 전방에 배치되는 그루브 면이 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(b)를 상대적으로 작게 마련함으로써 편심부(125)의 외주면에 보다 많은 급유그루브(160)를 마련할 수 있다. 급유그루브(160)는 전방에 배치되는 그루브 면이 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(b)가 작을수록 전방의 그루브 면과 후방의 그루브 면이 이루는 거리를 줄일 수 있고, 급유그루브(160)에서 원활하게 오일이 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 급유그루브(160)에는 급유홀(152)이 마련될 수 있다.
급유그루브(160)에 구비된 급유홀(152)은 급유유로(150)와 연통되어 중심유로(124)의 오일이 급유유로(150)를 따라 급유그루브(160)로 직접 급유되도록 할 수 있다. 급유그루브(160)로 직접 급유된 오일은 급유그루브(160)에 함유된 상태에서, 편심부(125)가 회전함에 따라 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면의 밀착부분을 윤활할 수 있다. 급유홀(152)은 복수의 급유그루브(160)에 각각 형성되어 원활한 급유가 이루어지도록 할 수 있다.
도 8은 편심부(125)에 급유그루브(160)가 구비되는 영역을 나타낸 도면이고, 도 9 내지 도 11은 흡입에서 압축으로 이루지는 사이클에서 롤러(134)에 작용하는 압력중심(P)이 변화하는 상태를 나타낸 도면이다.
압축실(170)은 측부가 실린더(136)와 롤러(134)에 의해 규정될 수 있는데, 압축실(170)은 베인(135)에 의해 복수의 챔버로 구획될 수 있다. 베인(135)에 의해 구획된 챔버는 흡입포트와 연통되는 부분인 흡입챔버(L)와 토출포트와 연통되는 부분인 토출챔버(H)로 구분될 수 있다.
도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 회전축(123)이 회전함에 따라 롤러(134)는 롤러(134)의 외주면이 실린더(136)의 내주면에 접하며 구르게 되는데, 도 9에 도시된 바와 같이 롤러(134)의 외주면이 실린더(136) 내주면에 접하는 지점인 접점부(B)가 베인(135)이 토출되는 영역에 형성되는 경우에는 압축실(170)은 하나의 챔버로 구성될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 롤러(134)의 외주면이 실린더(136) 내주면의 접점부(B)가 베인(135)이 토출되는 영역을 지날 때부터, 압축실(170)이 베인(135)에 의해 복수의 챔버로 구획될 수 있다. 베인(135)에 의해 구획된 챔버는 흡입포트와 연통되는 흡입챔버(L) 및 토출포트와 연통되는 토출챔버(H)로 구획될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 회전축이 회전함에 따라 롤러(134)의 외주면이 실린더 내주면에 접하여 구르며 롤러(134)의 외주면과 실린더(136) 내주면의 접점부(B)가 베인(135)이 토출되는 영역에 접근하게 되고, 토출챔버(H)의 용적이 감소하면서 토출챔버(H) 내부에 수용된 냉매의 압력은 증가하게 된다.
이때, 토출챔버(H) 내부에 수용된 냉매가 압축되면서 롤러(134)의 외주면에 압력을 가하게 되고, 롤러(134)의 외주면에 가해지는 압력은 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 발생하는 수직항력을 증가시킬 수 있다.
편심부(125) 외주면에 형성된 급유그루브(160)에 의해 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면이 밀착되지 않은 불연속 구간이 형성될 수 있다.
그런데, 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 수직항력이 증가하게 되면 편심부(125)와 롤러(134) 사이에 형성된 불연속 구간에서 오일에 의해 형성된 윤활막이 깨질 수 있다.
편심부(125)와 롤러(134) 사이에서 윤활막이 깨지는 부분에서 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 발생하는 마찰력이 증가할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는, 도 9에 도시된 바와 같이, 급유그루브(160)가 회전축(123)의 중심과 편심부(125)의 중심을 연결하는 직선(l)을 기준으로 구분되는 편심부(125)의 외주면 일측에 형성되되, 회전축(123)이 회전함에 따라 압축되는 냉매가 롤러에 가하는 압력의 중심(P)이 작용하는 맞은편에 형성되는 것이 바람직하다. 다시말해, 회전축의 중심과 상기 편심부의 중심을 연결하는 직선을 기준으로 구분되는 일측의 반원 구간에 배치되되, 상기 회전축이 회전함에 따라 압축실의 흡입영역이 형성되는 반원 구간에 배치될 수 있다. 여기서, 흡입영역이라 함은 흡입챔버(L)가 형성되는 영역을 의미한다.
즉, 회전축(123)의 중심과 편심부(125)의 중심을 연결하는 직선(l)을 기준으로 편심부(125)의 외주면을 2개의 영역으로 구분하여 급유그루브(160)가 냉매가 가하는 압력에 영향을 덜 받는 구간에 급유그루브(160)를 설치하는 것이 바람직하다. 급유그루브(160)에 의해 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이의 오일에 의해 형성되는 윤활막이 깨지지 않도록 하기 위함이다.
도 12는 압축유닛이 2개의 압축부로 구비된 압축유닛을 나타낸 도면이고, 도 13은 2개의 편심부(125)가 구비된 회전축의 측면도이며, 도 14는 도 13의 평면도이다.
도 12는 압축유닛이 2개의 압축부로 구비된 로터리 압축기로서, 로터리식 트윈 압축기 또는 로터리식 2단 압축기가 될 수 있다.
로터리식 트윈 압축기는, 도면상 상하부에 두 개의 롤러(134)와 두 개의 실린더(136)가 구비되고, 도면상 상하부에 구비된 롤러(134)와 실린더(136) 쌍이 전체 압축 용량을 일부와 나머지로 구분하여 압축하는 방식의 압축기이다.
로터리식 2단 압축기는, 도면상 상하부에 두 개의 롤러(134)와 두 개의 실린더(136)가 구비되고 두 개의 실린더(136)가 연통되어 한 쌍은 상대적으로 저압으로 냉매를 압축하고, 다른 한 쌍은 상대적으로 고압으로 냉매를 압축하는 방식의 압축기이다.
2개의 압축부로 구비된 로터리 압축기는 제1 압축부 및 제2 압축부를 포함할 수 있다.
제1 압축부는 상기 회전축(123)이 관통하고 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 제1 압축실(170a)을 형성하는 제1 실린더(136a), 회전축(123)에 편심되어 구비되는 제1 편심부(125), 내주면이 제1 편심부(125)의 외주면과 밀착하고 회전축(123)이 회전함에 따라 외주면이 제1 실린더(136a)의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시키는 제1 롤러(134a) 및 제1 실린더(136a)에 삽입 설치되고 제1 압축실(170a)을 복수개의 챔버로 구획하는 제1 베인(미도시)으로 구비될 수 있다.
제2 압축부는 회전축이 관통하고 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 제2 압축실(170b)을 형성하는 제2 실린더(136b), 회전축(123)에 편심되어 구비되는 제2 편심부(125b), 내주면이 제2 편심부(125b)의 외주면과 밀착하고 회전축(123)이 회전함에 따라 외주면이 제2 실린더(136b)의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시키는 제2 롤러(134b) 및 제2 실린더(136b)에 삽입 설치되고 제2 압축실(170b)을 복수개의 챔버로 구획하는 제2 베인(미도시)으로 구비될 수 있다.
제1 압축실(170a)에서 압축된 냉매는 제1 토출구멍(137a)을 통하여 제1 실린더(136a) 외부로 토출되고, 제2 압축실(170b)에서 압축된 냉매는 제2 토출구멍(137b)을 통하여 제2 실린더(136b) 외부로 토출된다. 각각의 제1,2 토출구멍(137a,137b)에는 제1,2 실린더(136a,136b) 내부에 각각 수용된 냉매가 배출되지 못하도록 제1,2, 토출밸브(138a,138b)가 형성될 수 있다. 제1,2, 토출밸브(138a,138b)는 각각 제1,2 토출구멍(137a,137b)을 폐쇄한 상태를 유지하되, 냉매가 일정 압력 이상으로 가압되는 경우 제1,2 실린더(136a,136b) 외부로 배출될 수 있도록 한다.
제1 압축부와 제2 압축부는 중간실린더(136c)를 사이에 두고 이격되어 배치될 수 있다. 제1 압축실(170a)의 용적과 제2 압축실(170b)의 용적은 동일하게 형성될 수 있으나 보다 세심함 용량 가변을 위해서 상이하게 형성될 수 있다.
제1 편심부(125)와 제2 편심부(125b)는 서로 180도의 위상차를 가지며 회전축(123)에 결합되는 것이 바람직하다. 이는 제1,2 편심부(125a,125b)는 각각 회전축(123)에 편심된 상태로 형성되므로, 회전축(123)이 회전중심을 기준으로 대칭을 이룰 수 있도록 함으로써, 회전축(123)이 회전할 때 발생하는 진동을 저감하기 위함이다.
급유유로(150)는, 중심유로(124)와 제1 편심부(125)의 외주면을 연통시키는 제1 급유유로(150a) 및 중심유로(124)와 제2 편심부(125b)의 외주면을 연통시키는 제2 급유유로(150b)로 구비될 수 있다.
제1,2 급유그루브(160a,160b)에는 각각 제1,2, 급유유로(150a,150b)와 연통되는 제1,2 급유홀(152a,152b)이 구비되어 제1,2 급유유로(150a,150b)는 각각 중심유로(124)가 제1,2 급유그루브(160a,160b)에 연통되도록 할 수 있다. 이는, 직접 급유그루브(160)에 오일이 급유될 수 있도록 하여 오일의 원활한 공급이 유지되도록 하기 위함이다.
제1 급유그루브(160a)는 회전축(123)의 회전방향(R)에 대하여 후방에 배치되는 그루브 면이 제1 편심부(125a)의 외주면과 이루는 각도(a)가 둔각으로 형성되고, 제2 급유그루브(160b)는 회전축의 회전방향(R)에 대하여 후방에 배치되는 그루브 면이 제2 편심부(125b)의 외주면과 이루는 각도(a)가 둔각으로 형성되는 것이 바람직하다. 편심부(125)와 롤러(134) 사이로 오일이 유입되는 것을 원활하게 하기 위함이다.
이때, 제1,2 급유그루브(160a,160b)는 각각 회전축(123)의 회전방향(R)에 대하여, 후방에 배치되는 그루브 면이 제1,2 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(a)가 전방에 배치되는 그루브 면이 제1,2 편심부(125)의 외주면과 이루는 각도(b)보다 크게 형성될 수 있다. 편심부(125)의 외주면에 형성되는 급유그루브(160)의 수를 확보하기 위함이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제1,2 편심부(125)가 회전축(123)의 중심에 대하여 서로 대칭되어 구비되고, 제1,2 급유그루브(160a,160b)는 제1,2, 편심부(125)의 중심을 연결하는 직선(l)을 기준으로 구분되는 일측에 형성되되, 회전축(123)이 회전함에 따라 압축되는 냉매가 롤러에 가하는 압력의 중심(P)이 작용하는 맞은편에 각각 형성되는 것이 바람직하다.
이는 급유그루브(160)에 의해 편심부(125)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이의 오일에 의해 형성되는 윤활막이 깨지지 않도록 하기 위함이다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배압유로 로터리 압축기를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
100: 로터리 압축기 110: 케이스
120: 구동모터 121: 고정자
122: 회전자 123: 회전축
124: 중심유로 125: 편심부
125a: 제1 편심부 125b: 제2 편심부
126: 오일 프로펠러 130: 압축유닛
131: 제1 블록 132: 제2 블록
134: 롤러 134a: 제1 롤러
134b: 제2 롤러 135: 베인
136: 실린더 136a: 제1 실린더
136b: 제2 실린더 136c: 중간실린더
137: 토출구멍 137a: 제1 토출구멍
137b: 제2 토출구멍 138: 토출밸브
138a: 제1 토출밸브 138b: 제2 토출밸브
150: 급유유로 150a: 제1 급유유로
150b: 제2 급유유로 152: 급유홀
152a: 제1 급유홀 152b: 제2 급유홀
160: 급유그루브 160a: 제1 급유그루브
160b: 제2 급유그루브 170: 압축실
170a: 제1 압축실 170b: 제2 압축실
H: 토출챔버 L: 흡입챔버
B: 접점부 R: 회전방향
P: 압축되는 냉매가 롤러의 외주면에 가하는 압력의 중심
a: 후방에 배치되는 그루브 면이 편심부의 외주면과 이루는 각도
b: 전방에 배치되는 그루브 면이 편심부의 외주면과 이루는 각도
l: 회전축의 중심과 편심부의 중심을 연결하는 직선/제1,2 편심부의 중심을 연결하는 직선

Claims (12)

  1. 구동모터와 결합되어 회전력을 전달하고, 내부에 길이방향을 따라 형성되는 중심유로가 구비된 회전축;
    상기 회전축에 편심되어 구비되는 편심부;
    상기 회전축이 관통하고, 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 압축실이 형성되는 실린더;
    내주면이 상기 편심부의 외주면과 밀착되고 상기 회전축이 회전함에 따라 외주면이 상기 실린더의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시키는 롤러;
    상기 실린더에 삽입 설치되고, 배압력이 가해지면 돌출되어 상기 롤러의 외주면과 접하면서 상기 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인;
    상기 편심부의 외주면에 형성되는 복수개의 급유그루브; 및
    상기 중심유로와 상기 급유그루브를 연통시키는 급유유로;를 포함하고,
    상기 급유그루브는,
    상기 회전축의 중심과 상기 편심부의 중심을 연결하는 직선을 기준으로 구분되는 일측의 반원 구간에 배치되되, 상기 회전축이 회전함에 따라 압축실의 흡입영역이 형성되는 반원 구간에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 급유그루브는,
    상기 편심부의 외주면에 회전축의 길이 방향과 나란한 방향으로 형성된 로터리 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급유그루브는,
    상기 편심부의 토출개시 각도 이전 구간에 배치된 로터리 압축기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 급유그루브는,
    상기 편심부의 회전방향에 대하여 후방에 배치되는 그루브 면이 상기 편심부의 외주면과 이루는 각도가 둔각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 급유그루브는,
    상기 편심부의 회전방향에 대하여, 후방에 배치되는 그루브 면이 상기 편심부의 외주면과 이루는 각도가 전방에 배치되는 그루브 면이 상기 편심부의 외주면과 이루는 각도보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 급유그루브에는 각각 상기 급유유로와 연통되는 급유홀이 구비되어, 상기 급유유로는 상기 중심유로가 상기 급유그루브에 연통되도록 하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  7. 삭제
  8. 회전력을 발생시키는 구동모터;
    상기 구동모터와 결합되어 회전력을 전달하고, 내부에 길이방향을 따라 형성되는 중심유로가 구비된 회전축;
    상기 회전축이 관통하고 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 제1 압축실을 형성하는 제1 실린더, 상기 회전축에 편심되어 구비되는 제1 편심부, 내주면이 상기 제1 편심부의 외주면과 밀착하고 상기 회전축이 회전함에 따라 외주면이 상기 제1 실린더의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시키는 제1 롤러 및 상기 제1 실린더에 삽입 설치되고 상기 제1 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 제1 베인으로 구비된 제1 압축부;
    상기 회전축이 관통하고 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 제2 압축실을 형성하는 제2 실린더, 상기 회전축에 편심되어 구비되는 제2 편심부, 내주면이 상기 제2 편심부의 외주면과 밀착하고 상기 회전축이 회전함에 따라 외주면이 상기 제2 실린더의 내주면에 접하여 구르며 냉매를 압축시키는 제2 롤러 및 상기 제2 실린더에 삽입 설치되고 상기 제2 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 제2 베인으로 구비된 제2 압축부;
    상기 제1 편심부의 외주면 및 상기 제2 편심부의 외주면에 각각 복수개로 마련되는 제1,2 급유그루브; 및
    상기 중심유로에서 상기 제1 급유그루브 및 상기 제2 급유그루브로 각각 연통되도록 하는 제1,2 급유유로;를 포함하고,
    상기 제1,2 편심부는 상기 회전축의 중심에 대하여 서로 대칭되도록 배치되고,
    상기 제1,2 급유그루브는 상기 제1,2 편심부의 중심을 연결하는 직선을 기준으로 구분되는 일측의 반원 구간에 배치되되, 상기 회전축이 회전함에 따라 압축실의 흡입 영역이 형성되는 반원 구간에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 급유그루브 및 상기 제2 급유그루브는
    상기 편심부의 외주면에 회전축의 길이 방향과 나란한 방향으로 형성된 로터리 압축기.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1,2 급유그루브는,
    상기 제1,2 편심부의 회전방향에 대하여, 후방에 배치되는 그루브 면이 상기 제1,2 편심부의 외주면과 이루는 각도가 각각 둔각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1,2 급유그루브는,
    상기 제1,2 편심부의 회전방향에 대하여, 후방에 배치되는 그루브 면이 상기 제1,2 편심부의 외주면과 이루는 각도가 전방에 배치되는 그루브 면이 상기 제1,2 편심부의 외주면과 이루는 각도보다 각각 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  12. 삭제
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