KR20010097676A

KR20010097676A - 2단 압축용 밀폐형 압축기

Info

Publication number: KR20010097676A
Application number: KR1020000021955A
Authority: KR
Inventors: 차강욱; 사범동
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-04-25
Filing date: 2000-04-25
Publication date: 2001-11-08
Also published as: KR100324771B1

Abstract

본 발명은 2단 압축용 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 본 발명은 두 쌍의 흡입구 및 토출구가 모두 연통되도록 내부공간을 갖는 실린더와, 상기 실린더에 관통되어 케이싱내 회전자와 함께 회전하는 회전축과, 상기 회전축에 일체로 구비되어 실린더의 내부공간을 한 쌍씩의 흡입구와 토출구를 갖는 제1 공간과 제2 공간으로 구분하되 양쪽에 캠면을 갖는 구획판과, 상기 구획판의 양쪽 캠면에 각각 접촉되어 그 각각의 캠면을 따라 서로 반대쪽으로 왕복운동을 하면서 두 공간을 각각 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 제1 베인 및 제2 베인으로 구성하되, 상기 제1 공간의 흡입구는 케이싱의 흡입관에 연통시키는 반면 토출구는 그 제1 공간에서 1차 압축된 유체를 제2 공간으로 유도하도록 제2 공간의 흡입구와 연통시키며, 상기 제2 공간의 토출구는 케이싱의 내부공간으로 연통시킴으로써, 상기 실린더의 내부공간으로 유입되는 유체를 2단 압축시키게 되어 고압축비를 요구하는 공조용 냉동사이클에 적합하게 되는 것은 물론 하나의 압축기구부에서 유체를 2차 압축시킬 수 있어 전동기구부의 부하 및 부품수 그리고 압축기 체적을 최소한으로 유지할 수 있고, 상기 압축기를 입형으로 하는 경우 하측공간이 상대적으로 고압이 되면서 회전축을 지지하게 되어 축하중이 감소됨에 따라 압축기의 입력이 저감되면서 압축기 효율이 향상된다.

Description

2단 압축용 밀폐형 압축기{DOUBLE-STAGE ENCLOSED COMPRESSOR}

본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 공조용 시스템과 같이 고압축비가 요구되는 냉동시스템에 적용할 수 있는 2단 압축용 밀폐형 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 압축기는 기계적 에너지를 압축성 유체의 압축에너지로 변환시키는 것으로 유체를 압축시키는 방식에 따라 크게 왕복동식 압축기, 스크롤식 압축기, 원심식 압축기(터보식 압축기라고도 함), 회전식 압축기(베인식 압축기라고도 함) 등으로 구분된다. 기존의 압축기들은 대개가 1단 압축방식으로서 낮은 증발온도를 요구하는 공조용 냉동시스템이나 압력비가 높은 대체냉매의 사용시에는 다소 부적합한 면이 없지 않았다. 즉, -30℃이하 정도의 낮은 증발 온도를 요구하는 냉동장치에서 1단 압축만을 하면 압축기의 압축비가 커지게 되어 체적 효율이 작아지면서 성적계수도 작아지게 될 뿐만 아니라 압축기의 토출 가스 온도가 높아져서 윤활유가 열화되기 쉽다.

이 때문에 낮은 증발 온도를 필요로 하는 경우에는 일반적으로 2단 압축방식 사용된다. 2단 압축을 하면 압축비가 작게 되어 체적 효율의 저하를 막을 수 있으므로 성적계수를 향상시킬 수 있고, 1차 압축후의 토출 가스를 냉각하여 다시 압축함으로써 두번째 압축 후의 토출 가스 온도를 낮게 할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 2단 압축방식이 적용되는 압축기들은 대개가 1차 압축용 압축기구부와 2차 압축용 압축기구부(특히, 밀폐형 회전식의 경우 실린더, 롤링피스톤, 베인...)를 별도로 구비하여야 하므로 부품수가 증가하게 되고 압축기의 체적이 증가하게 되며 모터의 부하용량을 증가시켜야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 2단 압축방식의 적용시 압축기가 갖는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 부품수 및 압축기 체적 그리고 모터의 부하용량을 최소한으로 하면서도 2단 압축방식을 적용할 수 있는 2단 압축용 밀폐형 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기의 일례를 보인 종단면도.

도 2는 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기의 요부를 파단하여 보인 사시도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기의 동작을 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기에서 유체의 흐름을 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 2 : 실린더

2a,2b : 제1, 제2 흡입구 3A,3B : 제1,제2 베어링 플레이트

3a,3d는 관통구멍 3b,3e : 제1, 제2 토출구

3c : 흡입유로 4 : 회전축

5 : 구획판 6A,6B : 제1, 제2 베인

7A,7B : 제1, 제2 밸브부재 8A,8B : 제1, 제2 토출머플러

8a : 토출구멍 Mr : 회전자

Ms : 고정자 DP : 토출관

SP : 흡입관 S1,S2 : 제1, 제2 공간

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입관과 토출관이 구비된 밀폐형 케이싱의 내부에 고정 설치되고 두 쌍의 흡입구 및 토출구가 모두 연통되도록 내부공간을 갖는 실린더와, 상기 실린더에 관통 결합되어 케이싱내 전동기구부의 회전자와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전축과, 상기 회전축에 일체로 구비되어 상기한 실린더의 내부공간을 한 쌍씩의 흡입구와 토출구를 갖는 제1 공간과 제2 공간으로 구분하되 회전시 그 각각의 공간에 충진되는 유체를 가압하도록 양쪽에 캠면을 갖는 구획판과, 상기 구획판의 양쪽 캠면에 각각 접촉되어 그 각각의 캠면을 따라 서로 반대쪽 축방향으로 왕복운동을 하면서 각각의 공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 제1 베인 및 제2 베인으로 하나의 압축기구부를 구성하되,

상기 케이싱의 흡입관에 연통되는 제1 공간의 흡입구는 케이싱의 흡입관에 연통시키는 반면 토출구는 그 제1 공간에서 1차 압축된 유체를 제2 공간으로 유도하도록 제2 공간의 흡입구와 연통시키며, 상기 제2 공간의 토출구는 그 제2 공간에서 2차 압축된 유체를 케이싱의 토출관으로 유도하도록 케이싱의 내부공간으로 연통시킨 것을 특징으로 하는 2단 압축용 밀폐형 압축기가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 2단 압축용 밀폐형 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기의 요부를 파단하여 보인 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 2단 압축용 밀폐형 압축기는 밀폐형 케이싱(1)의 내부에 하나의 전동기구부와 하나의 압축기구부를 갖는 것으로, 상기 압축기구부는 흡입관(SP)과 토출관(DP)을 갖는 케이싱(1)의 내부에 고정 설치되는 실린더(2)와, 그 실린더(2)의 양측에 고정되어 함께 실린더(2)의 내부공간을 형성하는 제1 베어링 플레이트(3A) 및 제2 베어링 플레이트(3B)와, 그 제1 베어링 플레이트(3A)와 제2 베어링 플레이트(3B)에 지지되도록 전동기구부의 회전자(Mr)에 결합되어 함께 회전하는 회전축(4)과, 그 회전축(4)에 일체로 구비되어 상기 실린더(2)의 내부공간을 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)으로 구획하는 구획판(5)과, 그 구획판(5)의 양면에 접촉되어 회전시 서로 반대쪽 축방향으로 왕복운동을 하면서 각각의 공간(S1)(S2)을 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 제1 베인(6A) 및 제2 베인(6B)으로 구성된다.

상기 실린더(2)는 진원의 환상으로 형성되어 그 일측에 케이싱(1)의 흡입관(SP)과 연결되도록 제1 흡입구(2a)가 제1 공간(S1)으로 연통 형성되는 반면 그 타측에는 제2 흡입구(2b)가 제1 흡입구(2a)와 180°의 위상차를 두고 제2 공간(S2)에 연통 형성된다.

상기 제1 베어링 플레이트(3A)는 그 중앙측 축부에 상기한 회전축(4)이 반경방향으로 지지되도록 관통 결합되는 관통구멍(3a)이 형성되고, 그 플랜지부에는 상기한 제1 공간(S1)으로부터 1차 압축되는 유체를 토출시키는 제1 토출구(3b)가 형성되며, 그 제1 토출구(3b)와 180°위상차를 갖는 플랜지부에는 상기한 제1 토출구(3b)로부터 토출되는 1차 압축 유체를 상기한 제2 흡입구(2b)를 통해 제2 공간(S2)으로 유도하는 흡입유로(3c)가 형성된다. 상기 제1 토출구(3b)의 선단면에는 제1 공간(S1)내 유체의 압력에 따라 개폐되는 제1 밸브부재(7A)가 장착된다. 상기 밸브부재(7A)는 다양한 형태로 실시될 수 있으나 본 실시예에서는 리테이너(미부호)를 갖는 장방형 밸브부재가 적용된다.

상기 제2 베어링 플레이트(3B)는 그 중앙측 축부에 상기한 회전축(4)이 반경방향으로 지지되도록 관통되는 관통구멍(3d)이 형성되고, 그 플랜지부에는 상기한 제2 공간(S2)으로부터 2차 압축되는 유체를 토출시키는 제2 토출구(3e)가 케이싱(1)의 내부공간을 향해 형성된다. 상기 제2 토출구(3e)의 선단면에는 그 제2 공간(S2)내 유체의 압력에 따라 개폐되도록 전술한 제1 밸브부재(7A)와 같은 형태로 제2 밸브부재(7B)가 장착된다.

상기 제1 베어링 플레이트(3A)의 상면에는 제1 토출구(3b)로부터 토출되는유체의 토출소음을 감쇠시키도록 광적부와 협적부를 갖는 제1 토출머플러(8A)가 장착되는데, 이 제1 토출머플러(8A)가 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2) 사이의 연통부재로 활용할 수 있도록 상기한 제1 베어링 플레이트(3A)의 제1 토출구(3b)와 흡입유로(3c)를 모두 수용하되 그 제1 토출구(3b)와 흡입유로(3c) 사이에 협적부가 위치하도록 장착되는 것이 바람직하다.

상기 구획판(5)은 180°의 위상차를 두고 그 양측에 각각 상사점과 하사점이 배치되도록 전개시 정현파 형상으로 이루어져 회전축(4)에 일체로 가공되거나 또는 회전축(4)과는 별도로 가공되어 후조립되는 것으로, 그 외주면이 실린더(2)의 내주면에 미끄럼 접촉되도록 평면 투영시 진원형으로 형성된다. 상기 상사점은 항상 제1 베어링 플레이트(3A)의 저면에 미끄럼 접촉되는 반면 상기 하사점은 항상 제2 베어링 플레이트(3B)의 상면에 미끄럼 접촉된다.

상기 제1 베인(6A)은 그 저면이 상기한 구획판(5)의 상면에 항상 탄력적으로 밀착되어 케이싱(1)의 흡입관(SP)과 제1 베어링 플레이트(3A)의 제1 토출구(3b) 사이에 개재되는 반면, 상기 제2 베인(6B)은 그 상면이 상기한 구획판(5)의 저면에 항상 탄력적으로 밀착되어 제1 베어링 플레이트(3A)의 흡입유로(3c)와 제2 베어링 플레이트(3B)의 제2 토출구(3e) 사이에 개재되는 것으로, 상기 제1 베인(6A)과 제2 베인(6B)은 동일 수직선상에 배치될 수도 있고 180°의 위상차를 갖고 배치될 수도 있다.

도면중 미설명 부호인 8B는 제2 토출머플러, 8a는 토출구멍, Mr은 전동기구부의 고정자이다.

상기와 같은 본 발명 2단 압축용 밀폐형 압축기는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 전동기구부에 전원이 인가되어 회전축(4)이 구획판(5)과 함께 회전을 하게 되면, 상기 실린더(2)의 제1 흡입구(2a)를 통해 유체가 제1 공간(S1)으로 유입되어 구획판(5)의 회전과 함께 1차 압축되고, 그 1차 압축되는 유체가 일정 압력에 도달하게 될 때 제1 밸브부재(7A)를 밀면서 제1 베어링 플레이트(3A)의 제1 토출구(3b)를 통해 연통부재(제1 토출머플러의 내부)(8A)로 토출되었다가 흡입유로(3c) 및 실린더(2)의 제2 흡입구(2b)를 거쳐 제2 공간(S2)으로 유입되며, 그 제2 공간(S2)으로 유입되는 유체는 상기 구획판(5)의 지속적인 회전에 의해 2차 압축되고, 그 2차 압축되는 유체가 일정 압력에 도달하게 될 때 제2 밸브부재(7B)를 밀면서 케이싱(1)의 내부공간으로 토출되며, 그 케이싱(1)의 내부공간으로 토출되는 유체는 각 부재의 틈새를 거쳐 케이싱(1)의 토출관(DP)을 통해 냉동사이클로 토출되는 일련의 과정을 반복하면서 유체를 2단 압축시키게 된다.

이를 보다 자세히 살펴보면, 상기 구획판(5)은 상사점과 하사점을 갖는 정현파 형상으로 형성되고 그 상사점과 하사점이 항상 제1 베어링 플레이트(3A) 및 제2 베어링 플레이트(3B)에 접촉되며 그 상하 양면은 실린더(2)의 제1 공간(S1)과 제2 공간(S2)을 각각 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 제1 베인(6A) 및 제2 베인(6B)이 탄력적으로 접촉되므로 인해, 상기 구획판(5)의 회전시 실린더(2)의 제1 공간(S1) 및 제2 공간(S2)은 그 각각의 체적이 가변되면서 흡입영역에서 압축영역으로 그리고 다시 흡입영역으로 전환되는 과정을 반복하게 된다.

이때, 상기 제1 공간(S1)의 입장에서 보면, 그 제1 공간(S1)이 흡입영역이되는 시점, 즉 상기 구획판(5)의 상사점이 제1 토출구(3b)를 통과하여 제1 베인(6A)의 저면을 지나는 시점에서부터 그 상사점 이후의 공간은 흡입영역이 되는 반면 상사점 이전의 공간은 압축영역이 되어 이 압축영역에 충진된 유체를 압축시키게 되고, 그 구획판(5)의 상사점이 일정 각도에 도달하게 되는 시점(압축영역내 유체의 압력이 제1 밸브부재의 탄성력보다 크게 되는 시점)부터 제1 밸브부재(7A)가 열리면서 제1 공간(S1)내 유체가 제1 토출구(3b)를 통해 제1 토출머플러(8A)로 토출된다. 이 과정에서 압축영역 이면의 흡입영역에서는 새로운 유체가 실린더(2)의 제1 흡입구(2a)를 통해 유입되는 소위 흡입행정이 지속적으로 진행된다.

한편, 상기 제2 공간(S2)의 입장에서 보면, 그 제2 공간(S2)이 흡입영역이 되는 시점, 즉 상기 구획판(5)의 하사점이 제2 토출구(3e)를 통과하여 제2 베인(6B)의 상면을 지나는 시점에서부터 그 하사점 이후의 공간은 흡입영역이 되는 반면 하사점 이전의 공간은 압축영역이 되어 이 압축영역에 충진된 유체를 압축시키게 되고, 그 구획판(5)의 하사점이 일정 각도에 도달하게 되는 시점(압축영역내 유체의 압력이 제2 밸브부재의 탄성력보다 크게 되는 시점)부터 제2 밸브부재(7B)가 열리면서 제2 공간(S2)내 유체가 제2 토출구(3e)를 통해 케이싱(1)의 내부공간으로 토출된다. 이 과정에서 압축영역 이면의 흡입영역에서는 새로운 유체가 흡입구를 통해 유입되는 소위 흡입행정이 지속적으로 진행된다.

참고로, 도면에 별도로 도시하지는 않았으나, 상기 제1 베인 및 제2 베인이 축방향으로 동일 수직선상에 배치되는 경우에도 1차 압축유체와 2차 압축유체의 흡입 및 토출시점이 180°의 위상차를 갖을 뿐 본 발명의 기술적 사상은 동일하다.

이렇게 하여, 상기 케이싱의 흡입관을 통해 실린더의 내부공간으로 유입되는 유체는 제1 공간을 거치면서 1차 압축되었다가 다시 제2 공간으로 유입되어 2차 압축되면서 토출되게 되므로, 본 발명의 압축기는 고압축비를 요구하는 공조용 냉동사이클에 적합하게 되는 것은 물론 하나의 압축기구부에서 유체를 2차 압축시킬 수 있어 전동기구부의 부하 및 부품수 그리고 압축기 체적을 최소한으로 유지할 수 있게 된다.

또한, 상기와 같은 2단 압축기를 입형으로 구성하는 경우 상측공간을 제1 압축공간으로 하고 하측공간을 제2 압축공간으로 형성하게 되면, 상기 제2 압축공간이 상대적으로 고압이 되어 구획판을 비롯한 회전축을 지지하게 되므로 축하중을 줄이게 되어 압축기의 입력이 저감되면서 압축기 성능이 향상된다.

본 발명에 의한 2단 압축용 밀폐형 압축기는, 하나의 압축기구부내 실린더의 제1 공간과 제2 공간을 서로 연통시켜 제1 공간에서 1차 압축된 유체를 제2 공간에서 2차 압축하도록 구성함으로써, 고압축비를 요구하는 공조용 냉동사이클에 적합하게 되는 것은 물론 전동기구부의 부하 및 부품수 그리고 압축기 체적을 최소한으로 유지할 수 있고, 상기 압축기를 입형으로 하는 경우 하측공간이 상대적으로 고압이 되면서 회전축을 지지하게 되어 축하중이 감소됨에 따라 압축기의 입력이 저감되면서 압축기 효율이 향상된다.

Claims

흡입관과 토출관이 구비된 밀폐형 케이싱의 내부에 고정 설치되고 두 쌍의 흡입구 및 토출구가 모두 연통되도록 내부공간을 갖는 실린더와, 상기 실린더에 관통 결합되어 케이싱내 전동기구부의 회전자와 함께 회전하면서 동력을 전달하는 회전축과, 상기 회전축에 일체로 구비되어 상기한 실린더의 내부공간을 한 쌍씩의 흡입구와 토출구를 갖는 제1 공간과 제2 공간으로 구분하되 회전시 그 각각의 공간에 충진되는 유체를 가압하도록 양쪽에 캠면을 갖는 구획판과, 상기 구획판의 양쪽 캠면에 각각 접촉되어 그 각각의 캠면을 따라 서로 반대쪽 축방향으로 왕복운동을 하면서 각각의 공간을 흡입영역과 압축영역으로 전환 가능하게 구분하는 제1 베인 및 제2 베인으로 하나의 압축기구부를 구성하되,

상기 케이싱의 흡입관에 연통되는 제1 공간의 흡입구는 케이싱의 흡입관에 연통시키는 반면 토출구는 그 제1 공간에서 1차 압축된 유체를 제2 공간으로 유도하도록 제2 공간의 흡입구와 연통시키며, 상기 제2 공간의 토출구는 그 제2 공간에서 2차 압축된 유체를 케이싱의 토출관으로 유도하도록 케이싱의 내부공간으로 연통시킨 것을 특징으로 하는 2단 압축용 밀폐형 압축기.
제1항에 있어서, 상기 제1 공간의 토출구와 제2 공간의 흡입구는 그 토출구와 흡입구를 모두 수용하는 연통부재에 의해 서로 연통되되,

상기 연통부재는 제1 공간으로부터 토출되는 압축유체의 토출소음을 감쇠시키도록 광적부와 협적부를 갖는 것을 특징으로 하는 2단 압축용 밀폐형 회전식 압축기.