KR20040097837A - 로터리 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두개의 압축용량을 갖는 로터리 압축기를 개시한다. 이를 위하여 본 발명은 시계 및 반시계 방향으로 회전가능하며, 소정크기의 편심부를 갖는 구동축; 소정크기의 내부체적을 형성하는 실린더; 상기 실린더 내주면에 접하도록 상기 편심부의 외주면에 회전가능하게 설치되어, 상기 내주면과 함께 유체의 흡입 및 압축을 위한 유체챔버를 형성하는 롤러; 상기 롤러와 접촉하도록 상기 실린더에 탄성적으로 설치되며, 상기 유체챔버를 상기 구동축의 양방향 회전에서 유체가 압축되도록 구성되는 제 1 공간과 상기 구동축의 어느 한 방향 회전에서 유체가 압축되도록 구성되는 제 2 공간으로 분할하는 제 1 및 제 2 베인; 상기 실린더 상하부에 각각 설치되어 각각 상기 구동축을 회전가능하게 지지하며, 상기 내부체적을 밀폐하는 상부 및 하부 베어링; 상기 유체챔버와 연통하는 토출 및 흡입포트들로 이루어져; 상기 제 1 및 제 2 공간에 의해 상기 구동축의 회전방향에 따라 서로 다른 두 개의 압축용량을 갖는 로터리 압축기를 제공한다.

Description

로터리 압축기{ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 압축기의 압축용량을 변화시키는 메커니즘에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달받아 공기, 냉매등과 같은 작동유체에 압축일을 가함으로써, 작동유체의 압력을 높여주는 기계이다. 이러한 압축기는 공기조화기 분야나 냉장고 분야 등의 일반적인 가전제품에서부터 플랜트 산업에까지 널리 사용된다.
이러한 압축기는 압축을 이루는 방식에 따라 용적형 압축기(positive displacement compressor)와 터보형 압축기(dynamic compressor or turbo compressor)로 분류된다. 이 중에서도, 산업 현장에 널리 쓰이는 것은 용적형 압축기으로서, 체적의 감소를 통해 압력을 증가시키는 압축방식을 갖는다. 상기 용적용 압축기는 다시 왕복동식 압축기(reciprocating compressor)와 로터리 압축기(rotary compressor)로 분류된다.
상기 왕복동식 압축기는 실린더 내부를 직선 왕복운동하는 피스톤에 의해 작동유체를 압축하는 것으로서, 비교적 간단한 기계요소로 높은 압축효율을 생산하는 장점이 있다. 반면에, 상기 왕복동식 압축기는 피스톤의 관성으로 인해 회전속도에 한계가 있으며, 관성력으로 인해 상당한 진동이 발생하는 단점이 있다. 상기 로터리 압축기는 실린더 내부를 편심된 채로 공전하는 롤러에 의해 작동유체를 압축하며, 상기 왕복동식 압축기에 비해 저속으로 높은 압축효율을 생산할 수 있다. 따라서, 상기 로터리 압축기는 진동과 소음이 적게 발생하는 장점을 더 갖는다.
최근, 최소 2 개의 압축용량을 갖는 압축기들이 개발되고 있다. 이들 이중용량 압축기들은 부분적으로 변형된 압축 메커니즘을 사용하여 회전방향(즉, 시계방향 또는 반시계방향)에 따라 서로 다른 압축용량을 갖는다. 이러한 이중용량 압축기는 요구되는 부하의 크기에 따라 압축 용량을 조절할 수 있기 때문에, 작동유체의 압축이 필요한 여러 장치 특히, 냉장고등과 같이 냉동 사이클을 이용하는 가전기기에 작동효율을 증가시키기 위해 널리 적용되고 있다.
그러나, 종래 로터리 압축기는 실린더와 통하는 흡입구와 토출구를 각각 하나씩 가지고 있으며, 상기 롤러는 상기 흡입구측에서 토출구측으로 상기 실린더의 내주면을 따라 구름 운동하면서 작동유체를 압축한다. 따라서, 상기 롤러가 반대방향으로(토출구측에서 흡입구측으로) 구름 운동할 경우, 작동유체가 압축되지 않는다. 즉, 종래의 로터리 압축기는 회전방향의 변경에 의해 서로 다른 압축 용량을 갖는 것이 불가능하다. 따라서, 전술된 고유한 장점을 가질 뿐만 아니라 가변 압축용량을 갖는 로터리 압축기의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구동축의 시계 및 반시계 방향의 회전 둘 다에 있어서 압축이 가능한 로터리 압축기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압축용량을 가변할 수 있는 로터리 압축기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 로터리 압축기를 나타내는 부분 종단면도;
도 2는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 압축부를 나타내는 분해 사시도;
도 3은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 압축부를 나타내는 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 실린더 내부를 도시한 횡단면도;
도 5는 본 발명의 로터리 압축기의 하부 베어링을 나타내는 평면도;
도 6A 및 도 6B는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 토출밸브들의 작동을 보여주는 단면도들;
도 7A 및 도 7B는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 밸브 어셈블리의 작동을 보여주는 단면도들;
도 8은 흡입 플레넘(suction plenum)을 포함하는 본 발명에 따른 로타리 압축기의 압축부를 나타내는 분해 사시도;
도 9는 도 8의 압축부를 나타내는 단면도;
도 10A-도 10D는 본 발명에 따른 로터리 압축기에 있어서 롤러가 반시계방향으로 공전할 때 실린더 내부들을 순차적으로 나타내는 횡 단면도들; 그리고
도 11A-도 11D는 본 발명에 따른 로터리 압축기에 있어서 롤러가 시계방향으로 공전할 때 실린더 내부들을 순차적으로 나타내는 횡 단면도들이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 시계 및 반시계 방향으로 회전가능하며, 소정크기의 편심부를 갖는 구동축; 소정크기의 내부체적을 형성하는 실린더; 상기 실린더 내주면에 접하도록 상기 편심부의 외주면에 회전가능하게 설치되어, 상기 내주면과 함께 유체의 흡입 및 압축을 위한 유체챔버를 형성하는 롤러; 상기 롤러와 접촉하도록 상기 실린더에 탄성적으로 설치되며, 상기 유체챔버를 상기 구동축의 양방향 회전에서 유체가 압축되도록 구성되는 제 1 공간과 상기 구동축의 어느 한 방향 회전에서 유체가 압축되도록 구성되는 제 2 공간으로 분할하는 제 1 및 제 2 베인; 상기 실린더 상하부에 각각 설치되어 각각 상기 구동축을 회전가능하게 지지하며, 상기 내부체적을 밀폐하는 상부 및 하부 베어링; 상기 유체챔버와 연통하는 토출 및 흡입포트들로 이루어져; 상기 제 1 및 제 2 공간에 의해 상기 구동축의 회전방향에 따라 서로 다른 두 개의 압축용량을 갖는 로터리 압축기를 제공한다.
상술된 본 발명에 의해 로터리 압축기에서 두개의 서로 다른 압축용량이 얻어진다.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 하기에서생략된다.
도 1은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 구성을 도시한 종단면도이다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 로터리 압축기의 압축부를 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 로터리 압축기의 압축부를 나타내는 단면도이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 케이스(1)와 상기 케이스(1)의 내부에 위치하는 동력발생부(10)와 압축부(20)로 이루어진다. 도 1에서 상기 동력발생부(10)는 압축기의 상부에 상기 압축부(20)는 압축기의 하부에 위치하나 필요에 따라 이들의 위치들은 서로 바뀔 수 있다. 상기 케이스(1)의 상부와 하부에는 각각 상부캡(3)과 하부캡(5)이 설치되어, 밀폐된 내부공간을 형성한다. 작업 유체를 흡입하는 흡입관(7)은 상기 케이스(1)의 일측에 설치되고, 또한 냉매로부터 윤활유를 분리하는 어큐물레이터(8)에 연결된다. 그리고, 상기 상부캡(3)의 중심에는 압축된 유체가 토출되는 토출관(9)이 설치된다. 또한 상기 하부캡(5)에는 마찰 운동하는 부재의 윤활 및 냉각을 위해 일정량의 윤활유(O)가 채워진다. 이 때, 구동축(13)의 끝단부는 상기 윤활유(O)에 잠겨져 있다.
상기 동력발생부(10)는 상기 케이스(1)에 고정되는 스테이터(11)와, 상기 스테이터(11)의 내부에 회전 가능하게 지지되는 로터(12)와, 상기 로터(12)에 압입되는 구동축(13)을 포함한다. 상기 로터(12)는 전자기력에 의해 회전하며, 상기 구동축(13)은 로터(12)의 회전력을 상기 압축부(20)에 전달한다. 상기 스테이터(20)에 외부 전원을 공급하기 위해, 상기 상부캡(3)에 터미널(4)이 설치된다.
상기 압축부(20)는 크게 상기 케이스(1)에 고정되는 실린더(21), 상기 실린더(21)내부에 위치되는 롤러(22), 및 상기 실린더(21)의 상하부에 각각 설치되는 상부 및 하부 베어링(24,25)으로 이루어진다. 이러한 압축부(20)를 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 실린더(21)는 소정 크기의 내부체적을 가지며 압축되는 유체의 압력을 견딜수 있도록 충분한 강도를 갖는다. 상기 실린더(21)는 또한 상기 내부체적내에 상기 구동축(13)에 형성되는 편심부(13a)를 수용한다. 상기 편심부(13a)는 일종의 편심된 캠으로서, 상기 구동축(13)의 회전 중심으로부터 일정거리만큼 이격된 중심을 갖는다. 그리고, 상기 실린더(21)에 이의 내주면으로부터 일정 깊이로 연장되는 홈들(21b,21c)이 형성된다. 상기 홈들(21b,21c)에는 후술되는 베인(100)이 설치된다. 상기 홈(21b,21c)은 상기 베인(100)을 완전히 수용할 수 있도록 충분한 길이를 갖는다.
상기 롤러(22)는 실린더(21)의 내경보다 작은 외경을 갖는 링 부재이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 롤러(22)는 상기 실린더(21)의 내주면에 접하며 상기 편심부(13a)에 회전가능하게 결합된다. 따라서 상기 롤러(22)는 구동축(13)이 회전할 때 상기 편심부(13a)의 외주면상에서 자전하면서 상기 실린더(21)의 내주면상에서 구름운동한다. 또한 상기 구름운동동안 상기 롤러(22)는 동시에 상기 회전중심(O)에 대해 상기 편심부(13a)에 의해 소정거리로 이격되어 공전한다. 이와 같은 롤러(22)의 외주면은 상기 편심부(13a)에 의해 항상 실린더 내주면과 접하고 있으므로 롤러(22)의 외주면 및 실린더 내주면은 상기 내부체적내에 별도의 유체챔버(29)를 형성한다. 이 유체챔버(29)는 로터리 압축기에서 유체의 흡입 및 압축에이용된다.
상기 상부 베어링(24)과 하부 베어링(25)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 실린더(21)의 상하부에 설치되며 슬리브(sleeve) 및 그 내부에 형성된 관통공 (24b,25b)을 이용하여 상기 구동축(13)을 회전가능하게 지지한다. 보다 상세하게는, 상기 상하부 베어링(24,25)과 상기 실린더(21)는 서로 대응되도록 형성된 다수개의 체결공들(24a,25a,21a)을 포함한다. 그리고 볼트와 너트와 같은 체결부재를 사용하여 상기 실린더(21) 및 상하부베어링(24,25)은 상기 실린너 내부체적 특히, 상기 유체챔버(29)가 밀폐되도록 서로 견고하게 체결된다.
상기 베인(100)은 상기 실린더(21)에 설치되는 두 개의 제 1 및 제 2 베인(110,120)으로 이루어진다. 앞서 언급된 바와 같이 상기 제 1 및 제 2 베인(110,120)은 상기 실린더(21)의 홈들(21b,21c)내에 설치된다. 또한 상기 홈(21b,21c)내에는 상기 베인들(110,120)을 탄성적으로 지지하도록 탄성부재들(110a,120a)가 설치되어, 상기 베인들(110,120)은 상기 롤러(22)와 계속적으로 접촉한다. 즉, 상기 탄성부재들(110a,120a)은 일단이 상기 실린더(21)에 고정되고 타단이 상기 베인들(110,120)에 결합되어, 상기 베인들(110,120)을 롤러(22) 측으로 밀어낸다. 따라서 상기 베인들(110,120)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 유체챔버(29)를 2개의 제 1 및 제 2 공간(29a,29b)으로 분할한다. 상기 베인들(110,120)이 상기 롤러(22)와 항상 접촉하게 되므로 상기 제 1 및 제 2 공간들(29a,29b)은 상기 롤러(22)의 공전방향(즉, 상기 구동축(13)의 회전방향)에 상관없이 서로 완전하게 분리된다. 즉, 상기 제 1 및 제 2 공간(29a,29b)은 독자적으로 상기 유체를 압축하고 토출할 수 있다. 이와 같이 서로 독립적이므로 본 발명에서는 압축기의 압축용량을 변화시키기 위하여 상기 구동축(13)의 각각의 회전방향에 있어서 상기 제 1 및 제 2 공간들(29a,29b)에서의 압축여부가 조절될 수 있다. 즉, 상기 제 1 공간(29a)은 상기 구동축(13)의 시계 및 반시계방향 회전 둘다에서 상기 유체를 압축하도록 구성되는 반면 상기 제 2 공간(29b)은 상기 구동축(13)의 어느 한 방향의 회전에서만 상기 유체를 압축할 수 있도록 구성된다. 따라서 상기 구동축(13)의 회전방향에 따라 압축기의 압축용량들이 서로 달라진다.
보다 상세하게는, 상기 구동축(13)의 양방향에서의 압축을 위하여 상기 유체를 상기 구동축(13)의 회전방향에 따라 흡입 및 토출시키는 토출 및 흡입 포트들(26a,26b,27a,27b)이 상기 제 1 공간(29a)에 제공된다.
먼저 상기 상부 베어링(24)에는 토출포트들(26a,26b)이 형성된다. 상기 토출포트들(26a,26b)은 압축된 유체가 토출될 수 있도록 상기 제 1 공간(29a)과 연통된다. 상기 토출포트들(26a,26b)은 상기 유체챔버(29)와 직접 연통될 수 있으며 다른 한편, 상기 실린더(21) 및 상부베어링(24)에 형성되는 소정길이 유로(21d)를 통해 상기 유체챔버(29)와 연통될 수 있다.
도 4에 보다 상세하게 도시된 바와 같이, 본 발명의 압축기에는 적어도 2개 의 제 1 및 제 2 토출포트(26a,26b)가 형성된다. 상기 롤러(22)가 상기 제 1 공간(29a)내에서 어느 방향으로 공전하더라도, 그 공전경로내에 위치하는 흡입포트와 베인(23)사이에 하나의 토출포트가 존재하여야 압축된 유체를 토출할 수 있다. 따라서 각 회전방향(시계 및 반시계 방향)에 대해 하나씩의 토출포트가 필요하며,이를 위해 각각의 제 1 및 제 2 토출포트(26a,26b)가 해당 회전방향에서 유체를 토출하도록 위치된다. 이와 같은 제 1 및 제 2 토출포트(26a,26b)는 본 발명의 압축기가 상기 롤러(22)의 공전방향(즉, 구동축(13)의 회전방향)에 관계없이 유체를 토출할 수 있게 한다. 즉, 제 1 공간(29a)에 있어서, 상기 구동축(13)의 어느 한방향 회전(도면상 시계방향)에서 상기 유체는 상기 제 1 토출포트(26a)에서 토출되며, 상기 구동축(13)의 다른 방향 회전(도면상 반시계 방향)에서 상기 유체는 상기 제 2 토출포트(26b)에서 토출된다. 또한, 상기 구동축(13)의 각 회전방향에 있어서 최대한 압축된 유체를 토출하기 위하여 상기 토출포트(26a,26b)는 상기 베인(100)의 근처에 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도시된 바와 같이 상기 제 1 토출포트(26a)는 상기 제 1 베인(110)에 인접하게 그리고 상기 제 2 토출포트(26b)는 상기 제 2 베인(120)에 인접하게 위치된다. 그리고 상기 토출포트(26a,26b)는 가능한 한 상기 베인들(110,120)에 근접하게 위치되는 것이 바람직하다.
상기 하부 베어링(25)에는 상기 제 1 공간(29a)과 연통하는 흡입포트들(27a,27b)이 형성된다. 상기 흡입포트들(27a,27b)은 압축될 유체를 상기 제 1 공간(29a)으로 안내하는 역할을 한다. 상기 흡입포트들(27a,27b)은 압축기 외부의 유체가 상기 챔버(29)내에 유입도록 상기 흡입관(7)과 연결된다. 보다 상세하게는, 상기 흡입관(7)은 다수개의 보조관(7a)으로 분기되어 상기 흡입포트들(27)에 각각 연결된다. 필요한 경우, 상기 토출포트(26a,26b)가 하부 베어링(25)에 상기 흡입 포트(27a,27b)가 상부베어링(24)에 형성될 수도 있다.
도 4에 상세하게 도시된 바와 같이, 이러한 흡입포트들(27a,27b)은 상기 토출포트(26a,26b)와 롤러(22)사이에서 유체가 압축될 수 있도록 적절하게 위치된다. 실제적으로 로터리 압축기에서 유체는 어느 하나의 흡입포트에서부터 상기 롤러(22)의 공전경로내에 위치하는 임의의 토출포트까지 압축된다. 따라서 상기 구동축(13)의 모든 회전방향(시계 및 반시계방향)에서 상기 제 1 공간(29a)으로부터 압축용량을 얻기 위해서는 상기 각각의 상기 구동축(13)의 회전방향에 있어서 해당 토출포트에 대해 적어도 하나의 흡입포트가 요구된다. 이와 같은 이유로 본 발명의 압축기는 상기 2개의 토출포트(26a,26b)에 각각 대응하여 상기 구동축(13)의 해당 회전방향에서 상기 제 1 공간(29a)으로 유체를 흡입하는 제 1 및 제 2 흡입포트(27a,27b)를 갖는다.
또한, 앞서 설명된 바와 같이 상기 유체는 상기 구동축의 어느 한 방향의 회전중 서로 작동가능하게 연계된 흡입포트와 토출포트사이에서 압축되므로 해당 토출포트에 대한 흡입포트의 상대위치가 압축용량을 결정한다. 즉, 일단 토출밸브의 위치가 결정되면 상기 흡입포트의 위치가 압축용량을 결정하게 된다. 따라서 상기 구동축의 각 방향의 회전에서 가능한 크게 압축용량을 확보하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 흡입포트들(26a,26b)은 상기 베인(100) 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 즉, 도시된 바와 같이 상기 흡입 포트들(27a,27b)은 상기 토출 포트들(26a,26b)와 마찬가지로 상기 제 1 및 제 2 베인(110,120)에 인접하게 각각 위치된다. 보다 상세하게는, 상기 제 1 흡입포트(27a)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 실제적으로 상기 제 1 베인(110)으로부터 시계 또는 반시계 방향으로 10°의 각도(θ1)로 이격된다. 본 발명의 도면들에서는 반시계 방향으로 상기 각도(θ1)만큼 이격된 제1 흡입포트(27a)가 도시된다. 또한 상기 제 2 흡입포트(27b)도 상기 제 1 흡입포트(27a)와 유사하게 상기 제 2 베인(120)으로부터 시계 또는 반시계방향으로 10°의 각도(θ2)로 이격된다. 상기 제 2 흡입포트(27b)는 상기 제 1 공간(29a)내에서 모든 회전방향에서의 유체가 압축되도록 상기 제 1 공간(29a)과 연통하게 즉, 도면상 상기 제 2 베인(110)으로부터 시계방향으로 이격되게 위치된다. 이러한 흡입포트들(27a,27b)은 일반적으로 원형이며 이들의 직경은 6mm-15mm인 것이 바람직하다. 또한, 유체의 흡입량을 증가시키기 위하여 상기 흡입포트들(27a,27b)은 직사각형을 포함하여 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 결과적으로 상기 롤러(22)는 어느 한 방향 회전(도면상 반시계 방향)에서 상기 제 1 흡입포트(27a)에서부터 제 2 토출포트(26b)까지 유체를 압축한다. 또한 다른 방향의 회전(도면상 시계방향)에서 상기 롤러(22)는 상기 제 2 흡입포트(27b)에서부터 상기 제 1 토출포트(27a)까지 유체를 압축한다. 이와 같은 토출 및 흡입포트들에 의해 상기 제 1 공간(29a)에서 상기 구동축(13)의 양 방향 회전에서 압축이 이루어진다. 또한 상기 롤러(22)는 상기 제 1 공간(29a)에서 상기 챔버(29) 전체를 이용하여 압축을 한다. 즉, 상기 챔버(29) 전체 체적만큼의 냉매가 압축될 수 있다.
또한, 상기 제 2 공간(29b)에는 상기 구동축(13)의 어느 한 방향에서만 압축이 가능하도록 상기 유체를 흡입 및 토출시키는 토출 및 흡입 포트(26c,27c)가 제공된다.
도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 토출포트(26c) 및 흡입포트(27c)는 상기 제 2 공간(29b)과 연통하도록 상기 상부 베어링(24) 및 하부베어링(25)에 각각 형성된다. 상기 토출포트(26c)는 상기 제 2 공간(29b)과 직접 연통될 수 있으며 다른 한편, 상부베어링(24)에 형성되는 소정길이 유로(21d)를 통해 상기 제 2 공간(29b)과 연통될 수 있다. 상기 흡입포트(27c)는 상기 흡입관(7)과 직결될 수 있으며 다른 한편, 상기 흡입포트들(26a,26b)과 마찬가지로 상기 흡입관(7)으로부터 분기된 다수개의 보조관(7a)중 어느 하나와 연결될 수 있다. 필요한 경우, 상기 토출포트(26c)가 하부 베어링(25)에 상기 흡입 포트(27c)가 상부베어링(24)에 형성될 수도 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 로터리 압축기에서 어느 한방향의 회전에서의 압축용량은 상기 롤러(22)의 공전경로내에 위치하는 하나의 흡입포트 및 토출포트사이에서 얻어진다. 상기 제 2 공간(29b)은 상기 구동축(13)의 어느 한 방향에만 유체를 압축하기 위한 것이므로, 서로 유체를 압축가능하게 기능적으로 연계된 하나의 흡입 포트 및 토출포트만이 요구된다. 이와 같은 이유로 본 발명의 압축기에 있어서 상기 제 2 공간(29b)은 하나의 제 3 토출포트(26c) 및 하나의 제 3 흡입포트(27c)를 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 제 3 토출 및 흡입포트들(26c,27c)은 이들 사이에 유체가 압축될 수 있도록 상기 제 2 공간(29b)내에서 서로 소정 간격으로 이격된다. 먼저, 상기 제 3 토출포트(26c)는 최대로 압축된 유체를 토출하기 위하여 상기 제 2 공간(29b)의 범위내에서 상기 베인들(110,120)중 어느 하나의 근처에 형성되는 것이 바람직하다. 도 4에서는 상기 제 1 베인(110)에 인접하게 위치된 제 3 토출포트(26c)가 도시되며 이에 따라 상기 구동축(13)의 반시계 방향의 회전에서압축된 유체를 토출하게 된다. 그리고 상기 제 3 토출포트(26c)는 가능한 한 상기 제 1 베인(110)에 근접하게 위치되는 것이 바람직하다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이 일단 토출밸브의 위치가 결정되면 상기 흡입포트의 위치가 압축용량을 결정하게 된다. 따라서 상기 제 2 공간(29b)에서 가능한 크게 압축용량을 확보하기 위하여 상기 제 3 흡입포트(27c)도 상기 제 1 및 제 2 베인(110,120)중 어느 하나의 근처에 위치되는 것이 바람직하다. 여기서 상기 제 3 흡입포트(27c)는 상기 유체의 압축을 위해 상기 제 3 토출포트(26c)로부터 소정각도로 이격되어야 한다. 따라서 도 4에서 상기 제 3 토출포트(26c)가 상기 제 1 베인(110)에 인접하므로 상기 제 3 흡입포트(27c)는 상기 제 2 베인(120)에 인접하게 위치된다. 보다 상세하게는, 상기 제 3 흡입포트(27c)는 도 4에 도시된 바와 같이 실제적으로 상기 제 2 베인(120)으로부터 시계 또는 반시계 방향으로 10°의 각도(θ3)로 이격된다. 본 발명의 도면들에서는 상기 제 2 공간(29b)내에 위치되도록 반시계 방향으로 상기 각도(θ3)만큼 이격된 제 1 흡입포트(27a)가 도시된다. 이러한 흡입포트(27c)는 상기 흡입포트들(26a,26b)과 마찬가지로 일반적으로 원형이며 이들의 직경은 6mm-15mm인 것이 바람직하다. 또한, 유체의 흡입량을 증가시키기 위하여 상기 흡입포트(27c)는 직사각형을 포함하여 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 결과적으로 상기 롤러(22)는 어느 한 방향 회전(도면상 반시계 방향)에서 상기 제 3 흡입포트(27c)에서부터 제 3 토출포트(26c)까지 유체를 압축한다. 반면, 상기 구동축(13)의 다른 방향 회전(도면상 시계방향 회전)에서는 상기 롤러(22)가 상기 제 3 토출포트(26c)에서 제 3 흡입포트(27c)까지 공전하므로 상기 유체가 압축되지 않는다. 이와 같은 토출 및 흡입포트들에 의해 상기 제 2 공간(29a)에서 상기 구동축(13)의 어느 한 방향 회전시에만 압축이 이루어진다. 그러나 상기 흡입 및 토출 포트(26c,27c)가 상기 베인들(110,120)에 각각 인접하여 위치되므로, 이러한 어느 한 방향 회전중 상기 롤러(22)는 상기 제 2 공간(29a) 전체를 이용하여 압축을 한다. 즉, 상기 제 2 공간(29b)의 전체 체적만큼의 냉매가 압축될 수 있다.
이와 같은 토출포트들(26a,26b,26c)을 개폐하도록 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 상부 베어링(24)에 토출밸브들(26d,26e,26f)이 설치된다. 상기 제 1 토출밸브(26d)는 상기 제 1 토출포트(26a)를, 상기 제 2 토출밸브(26e)는 상기 제 2 토출포트(26b)를, 그리고 상기 제 3 토출밸브(26f)는 상기 제 3 토출포트(26c)를 각각 개폐한다. 도 6A 및 도 6B는 이러한 토출밸브들(26d,26e,26f)의 작동을 나타내는 단면도들이다. 상기 토출 밸브(26d,26e,26f)는 상기 실린더(21) 내부에 일정 값 이상의 양압이 발생하면 상기 토출포트들(26a,26b,26c)을 개방하도록 구성된다. 이를 위하여, 상기 토출밸브(26d,26e,26f)는 상기 실린더(21)외부로의 유체유동만을 허용하는 체크밸브가 될 수 있다. 또한 상기 토출밸브(26d,26e,26f)는, 일단은 상기 토출포트(26a,26b,26c) 부근에 고정되며 타단은 자유롭게 변형가능한 플레이트 밸브가 될 수 있다. 그리고 상기 실린더(21)의 외부에 상대적으로 높은 압력이 발생하는 경우, 이와 같은 플레이트 밸브인 토출밸브들(26d,26e,26f)은 상기 상부 베어링(24)에 의해 구속되도록 설치된다. 보다 상세하게는, 도 6A에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 또는 제 2 공간(29a,29b)내부에 음압이 발생하면, 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)은 상대적으로 높은 실린더(21)외부의 압력(대기압)에 의해 상기실린더(21)쪽으로 변형된다. 그러나 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)은 상기 상부베어링(24)에 의해 구속되어 변형되지 않으며 대신에 상기 토출포트들(26a,26b,26c)주변에 밀착되어 이들을 더욱 확실하게 폐쇄하게 된다. 또한, 상기 실린더(21) 내부에 비교적 적은 양압이 발생하는 경우, 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)의 자체 탄성력에 의해 상기 토출포트들(26a,26b,26c)은 계속 폐쇄된다. 이 후, 상기 실린더(21)내부에 일정이상의 양압 즉, 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)의 탄성력보다 큰 양압이 발생되면 도 6B에 도시된 바와 같이 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)은 상기 토출포트들(26a,26b,26c)을 개방하도록 변형된다. 따라서 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)은 상기 제 1 및 제 2 공간(29a,29b)의 압력이 소정의 양압 이상일 경우에만 상기 토출포트(26a,26b,26c)를 선택적으로 개방한다. 도시되지는 않았으나 상기 토출밸브들(26d,26e,26f)의 상부에 상기 밸브들이 안정적으로 작동하도록 그 변형량을 제한하는 리테이너가 설치될 수도 있다. 또한, 상기 상부 베어링(24)의 상부에는 압축된 유체의 토출시 발생하는 소음을 감소시키는 머플러(도시안됨)가 설치될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 흡입포트들(27a,27b)을 폐쇄하도록 상기 실린더(21)와 하부 베어링(25)사이에 흡입 밸브들(27d,27e)이 설치된다. 즉, 상기 제 1 흡입밸브(27d)는 상기 제 1 흡입포트(27a)를 그리고 상기 제 2 흡입밸브(27e)는 상기 제 2 흡입포트(27b)를 개폐하도록 설치된다. 만일 상기 흡입포트(27a,27b)들이 상기 상부 베어링(24)에 형성되는 경우, 상기 제 1 및 제 2 흡입밸브(27d,27e)는 상기 실린더(21) 및 상부 베어링(24)사이에 설치된다. 한편, 상기 제 2 공간(29b)에서는 상기 구동축(13)의 다른 방향의 회전(도 4에서 시계방향 회전)에서 유체의 압축이 일어나지 않으므로, 상기 제 3 흡입포트(27c)는 이러한 회전중 상기 유체의 실린더(21) 외부로의 누설을 방지하기 위하여 반드시 폐쇄될 필요가 없다. 따라서 상기 제 3 흡입포트(27c)에 상기 제 1 및 제 2 흡입밸브(27d,27e)와 같은 흡입밸브가 설치되지 않는 것이 단순한 구조를 위해 바람직하다. 또한 같은 이유로 상기 제 3 흡입포트(27c)는 도시된 바와 같이 상기 하부 베어링(25)대신에 상기 실린더(21)의 측벽을 관통하여 형성될 수 있다.
기본적으로 상기 유체가 상기 실린더(21)내부 즉, 상기 제 1 및 제 2 공간(29a,29b)내부로 흡입되기 위해서는 상기 실린더(21)내부의 압력이 상기 실린더(21)외부의 압력(대기압)보다 상대적으로 낮아야 한다. 따라서 상기 흡입밸브들(27d,27e)은 실린더(21)내 외부의 압력차, 보다 정확하게는 상기 실린더(21) 내부에 일정 값 이상의 음압이 발생하면 상기 흡입포트(27a,27b)를 개방하도록 구성된다. 이를 위하여, 상기 흡입밸브들(27d,27e)은 압력차에 의해 한 방향만의 유동, 즉 실린더(21)내부로의 유체유동만을 허용하는 체크 밸브가 될 수 있다. 다른 한편, 상기 흡입밸브들(27d,27e)은 상기 토출밸브(26d,26e,26f)와 유사하게 플레이트 밸브가 될 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 플레이트 밸브가 동일한 기능을 수행함에 있어 보다 단순하고 응답성이 좋으므로 바람직하다. 이와 같은 흡입밸브들(27d,27e)은 도시된 바와 같이 상기 흡입포트(27a,27b) 부근에 고정되는 제 1 끝단과 자유롭게 변형가능한 제 2 끝단을 갖는다. 이러한 흡입밸브들(27d,27e)은 상기 실린더(21)내부에 음압이 발생하는 경우에만 상대적으로 높은 실린더(21) 외부의 압력에 의해 변형 가능하다. 반면, 상기 실린더(21)내부에 양압이 발생하는 경우, 상기 흡입밸브들(27d,27e)은 변형되지 않도록 상기 하부 베어링(25)에 의해 구속된다. 또한, 상기 흡입밸브들(27d,27e)에는 상기 제 2 끝단들의 변형을 제한하는 리테이너(retainer)가 설치될 수도 있다. 본 발명에 있어서, 상기 리테이너는 독립적인 부재가 될 수 있으나 상기 실린더(21)에 형성되는 단순한 구조의 홈들(28)인 것을 바람직하다. 상기 홈들(28)은 상기 밸브들(110,120)의 길이방향으로 경사지게 연장되며, 상기 밸브들 정확하게는 상기 제 2 끝단들은 변형될 때 상기 홈들(28)내부에 수용된다. 따라서 상기 홈들(28)은 급격한 압력변화에 의한 상기 밸브들(27d,27e)의 과도한 변형을 제한하며 상기 밸브들(27d,27e)이 안정적으로 작동하게 한다.
도 7A에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 공간(29a)내부에 양압이 발생하면, 상기 흡입밸브들(27d,27e)은 상기 하부 베어링(25)쪽으로 변형된다. 그러나 상기 밸브들(27d,27e)은 상기 하부베어링(24)에 의해 구속되어 변형되지 않으며 대신에 상기 흡입포트들(27a,27b)을 더욱 확실하게 폐쇄한다. 또한, 상기 실린더(21) 내부에 비교적 적은 음압이 발생하는 경우, 상기 흡입밸브들(27d,27e)의 자체 탄성력에 의해 상기 흡입포트들(27a,27b)은 계속 폐쇄된다. 이 후, 상기 실린더(21)내부에 일정이상의 음압 즉, 상기 밸브들(27d,27e)의 탄성력보다 큰 음압이 발생되면, 도 7B에 도시된 바와 같이 상기 밸브들(27d,27e)는 상기 실린더(21)쪽으로 변형되며 상기 흡입포트들(27a,27b)이 유체를 흡입하도록 개방된다. 결과적으로 상기 흡입밸브들(27d,27e)은 상기 실린더(21) 내부의 음압을 이용하여 상기흡입포트들(27a,27b)을 선택적으로 개방한다.
한편, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명된 바와 같이, 상기 흡입포트들(27a,27b,27c)은 상기 실린더(21)내의 유체챔버(29)내에 유체를 공급하기 위하여 다수개의 흡입관들(7a)과 개별적으로 연결된다. 그러나 이러한 흡입관들(7a)로 인해 부품수가 증가되며 구조가 복잡하게 된다. 또한, 작동중 서로 분리된 흡입관들(7a)내부의 압력상태는 서로 달라질 수 있으므로, 유체가 상기 실린더(21)내에 적절하게 공급되지 않을 수도 있다. 따라서 본 발명에 있어서 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 상기 압축기가 흡입될 유체를 예비적으로 저장하는 흡입 플레넘(200)을 갖는 것이 바람직하다.
상기 흡입 플레넘(200)은 유체를 공급할 수 있도록 상기 흡입 포트들(27a,27b,27c) 모두와 직접적으로 연통된다. 따라서 상기 흡입 플레넘(200)은 상기 흡입 포트들(27a,27b,27c)에 인접하게 하부 베어링(25)의 하부에 장착된다. 도면에서 상기 흡입포트들(27a,27b,27c)이 하부 베어링(25)에 형성되어 있으나 필요에 따라 상부베어링(24)에 형성될 수 있으며 이러한 경우 상기 흡입플레넘(200)은 상기 상부베어링(24)에 장착된다. 상기 플레넘(200)은 상기 베어링(25)에 용접에 의해 직접 고정될 수 있으며, 체결부재를 이용하여 상기 실린더(21), 상하부 베어링(24,25), 벨브 어셈블리(100)와 함께 체결될 수도 있다. 상기 하부 베어링(24)의 슬리브(sleeve)(25d)는 상기 구동축(13)을 윤활하기 위하여 상기 케이스(1) 하부의 윤활유에 잠겨야 한다. 따라서 상기 흡입 플레넘(200)은 상기 슬리브를 위한 관통공(200a)을 포함한다. 상기 플레넘(200)의 체적은 유체를안정적으로 공급하기 위하여 상기 유체챔버(29) 체적의 100%-400%인 것이 바람직하다. 상기 흡입 플레넘(200)은 또한 유체를 저장하기 위하여 상기 흡입관(7)과 연결된다. 보다 상세하게는, 상기 흡입 플레넘(200)은 소정의 유로를 통해 상기 흡입관(7)과 연결될 수 있다. 이러한 경우, 상기 유로는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(21) 및 상기 하부 베어링(25)을 관통하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 유로는 상기 실린더(21)의 흡입홀(21c) 및 상기 하부베어링의 흡입공(25c)로 이루어진다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 제 3 흡입포트(27c)가 상기 실린더(21)에 형성되는 경우, 상기 흡입포트(27c)는 상기 흡입홀(21e)로부터 분기되어 상기 실린더(21) 내부와 연통하도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 흡입홀(21e)은 바람직하게는 상기 베인(120)에 인접하여 형성된다. 따라서 상기 유체는 상기 흡입홀(21e) 및 상기 흡입포트(27c)를 통해 상기 실린더(21)내부와 상기 흡입 플레넘(21)내부에 동시에 공급될 수 있다. 또한 상기 유체는 상기 흡입 플레넘(200)으로부터 서로 연결된 흡입홀(21e) 및 상기 흡입포트(27c)를 거쳐 상기 실린더(21)내부에 공급된다. 이와 같은 흡입포트(27c)는 상기 압축기의 구조를 더욱 단순하게 하며 또한 강도를 저하시키지 않으므로 유용하다.
이와 같은 흡입 플레넘(200)은 일정량의 유체를 항상 저장하는 공간을 형성함으로서 흡입유체의 압력변화를 완충하며 유체를 안정적으로 상기 흡입포트(27a,27b,27c)에 공급할 수 있다. 또한 상기 흡입 플레넘(200)은 저장된 유체로부터 분리되는 오일을 수용할 수 있으며 이에 따라 상기 어큐물레이터(8)를 보조하거나 대신할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 로터리 압축기의 작용을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 10A 내지 10C는 본 발명에 따른 로터리 압축기에 있어서 롤러가 반시계방향으로 공전할 때의 작용을 순차적으로 도시한 횡단면도이다.
먼저 도 10A에는 상기 구동축(13)이 반시계방향으로 회전하기 시작할 때 상기 실린더 내부의 각 부품들의 상태가 나타난다. 실린더 내부의 압력변화가 없으므로 앞서 설명된 바와 같이 상기 흡입 및 토출포트들은 모두 각각의 밸브들에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 반시계방향 회전중의 각 밸브들의 작동은 앞서 도 6A-7B를 참조하여 설명되었으므로 상세한 설명은 하기에서 생략된다.
상기 롤러(22)는 구동축(13)의 회전으로 인해, 상기 실린더(21)의 내주면을 따라 구름운동을 하면서 반시계방향으로 공전한다. 상기 롤러(22)가 계속 공전함에 따라, 도 10B에 도시된 바와 같이, 이미 흡입되어 있던 유체가 압축된다. 이러한 압축으로 인해 상기 제 2 토출 및 흡입포트(26b,27b)주변의 제 1 공간(29a)내에는 양압이 발생되며, 이에 따라 상기 제 2 흡입포트(27b)는 보다 확실하게 폐쇄된다. 이와 동시에, 상기 제 1 토출 및 흡입포트(26a,26b) 주변의 제 1 공간(29a)에는 음압이 발생하여, 상기 제 1 흡입포트(27a)가 개방되고 상기 제 1 토출포트(26a)는 폐쇄된다. 상기 개방된 제 1 흡입포트(27a)를 통해 새로운 유체가 다음 행정에서 압축되기 위하여 계속 상기 공간(29a)으로 흡입된다.
상기 공간(29a)내의 유체 압력이 일정 값 이상이 되면, 상기 제 2 토출포트(26b)가 개방되며 도 10B에 도시된 바와 같이, 유체가 상기 제 2토출포트(26b)를 통해 토출된다. 상기 롤러(22)가 계속 공전함에 따라, 상기 공간(29b)내의 모든 유체는 상기 제 2 토출포트(26b)를 통해 토출된다. 유체가 모두 토출되고 나면, 상기 제 2 토출밸브(26e)는 자체 탄성에 의해 상기 제 2 토출포트(26b)를 폐쇄하게 된다.
상기 롤러(22)가 계속 공전하면, 도 10C에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 공간(29b)에 이미 흡입되어 있던 유체가 압축되기 시작한다. 이러한 압축으로 인해 상기 제 3 토출포트(26c)주변의 제 2 공간(29b)내에는 양압이 발생된다. 이와 동시에, 상기 제 3 흡입포트(27c) 주변의 제 2 공간(29b)에는 음압이 발생하여, 개방되어 있는 상기 제 3 흡입포트를 통하여 새로운 유체가 다음 행정에서 압축되기 위하여 계속적으로 상기 제 2 공간(29b)으로 흡입된다.
상기 공간(29b)내의 유체 압력이 일정 값 이상이 되면, 상기 제 3 토출포트(26c)가 개방되며 도 14D에 도시된 바와 같이, 유체가 상기 제 3 토출포트(26c)를 통해 토출된다. 상기 롤러(22)가 계속 공전함에 따라, 상기 제 2 공간(29b)내의 모든 유체는 상기 제 3 토출포트(26c)를 통해 토출된다. 유체가 모두 토출되고 나면, 상기 제 3 토출밸브(26f)는 자체 탄성에 의해 상기 제 3 토출포트(26c)를 폐쇄하게 된다. 이러한 일련의 과정 중, 상기 제 1 및 제 2 베인(110,120)은 탄성부재(110a,120a)의해 탄성적으로 상하 운동을 하면서 상기 유체 챔버(29)를 2개의 제 1 및 제 2공간(29a,29b)으로 밀폐되게 분할한다. 따라서, 상기 제 1 및 제 2 공간(29a,29b)에서 유체의 흡입 및 압축이 독립적으로 이루어지게 된다.
이와 같은 하나의 행정이 종료된 후, 상기 롤러(22)는 계속 반시계방향으로 공전하며, 동일한 행정을 반복하며 유체를 토출한다. 상기 반시계방향의 행정에 있어서, 상기 롤러(22)는 상기 제 1 공간(29a)에서 상기 제 1 흡입포트(27a)로부터 제 2 토출포트(26b)까지 공전하면서 유체를 압축한다. 그리고 상기 제 2 공간(29b)에서 상기 롤러(22)는 상기 제 3 흡입포트(27c)로부터 제 3 토출포트(26c)까지 공전하면서 유체를 압축한다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이 제 1 및 제 3 흡입포트(27a,27c)와 제 2 및 제 3 토출포트(27b,27c)는 해당 베인들(110,120)에 인접하게 위치된다. 따라서 상기 반시계방향 행정중 실질적으로 전체 유체챔버(29)의 체적을 이용하여 유체가 압축되며 이에 따라 최대의 압축용량이 얻어진다.
도 11A 내지 11C는 본 발명에 따른 로터리 압축기에 있어서 롤러가 시계방향으로 공전할 때의 작용을 순차적으로 도시한 횡단면도이다.
먼저 도 11A에는 상기 구동축(13)이 시계방향으로 회전할 때 실린더 내부의 각 부품들의 상태가 나타난다. 실린더 내부의 압력변화가 없으므로 앞서 설명된 바와 같이 상기 흡입 및 토출포트들은 모두 각각의 밸브들에 의해 폐쇄되어 있다. 상기 시계방향 회전중의 각 밸브들의 작동은 앞서 도 6A-7B를 참조하여 설명되었으므로 상세한 설명은 하기에서 생략된다.
상기 롤러(22)는 구동축(13)의 시계방향 회전으로 인해, 상기 실린더(21)의 내주면을 따라 구름운동을 하면서 시계방향으로 공전하기 시작한다. 이와 같은 공전중 상기 제 2 공간(29b)에 흡입되어 있던 유체들은 압축되지 않고 도 11B에 도시된 바와 같이 상기 롤러(22)에 의해 상기 개방된 제 2 흡입포트(27b)를 통해 실린더(21)의 외부로 밀려나간다. 따라서 상기 유체들은 상기 제 2 공간(29b)에서는 압축될 수 없다.
상기 롤러(22)가 계속 공전함에 따라, 도 11C에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 공간(29a)내에 이미 흡입되어 있던 유체가 압축된다. 이러한 압축으로 인해 상기 제 1 토출 및 흡입포트(26a,27a)주변의 제 1 공간(29a)내에는 양압이 발생되며, 이에 따라 상기 제 1 흡입포트(27a)는 보다 확실하게 폐쇄된다. 이와 동시에, 상기 제 2 토출 및 흡입포트(26b,26b) 주변의 제 1 공간(29a)에는 음압이 발생하여, 상기 제 2 흡입포트(27b)가 개방되고 상기 제 2 토출포트(26b)는 보다 확실하게 폐쇄된다. 상기 개방된 제 2 흡입포트(27b)를 통해 새로운 유체가 다음 행정에서 압축되기 위하여 계속 상기 제 1 공간(29a)으로 흡입된다.
상기 공간(29a)내의 유체 압력이 일정 값 이상이 되면, 상기 제 1 토출포트(26a)가 개방되며 도 11D에 도시된 바와 같이, 유체가 상기 제 1 토출포트(26a)를 통해 토출된다. 상기 롤러(22)가 계속 공전함에 따라, 상기 공간(29a)내의 모든 유체는 상기 제 1 토출포트(26a)를 통해 토출된다. 유체가 모두 토출되고 나면, 상기 제 1 토출밸브(26a)는 자체 탄성에 의해 상기 제 1 토출포트(26a)를 폐쇄하게 된다.
이와 같은 하나의 행정이 종료된 후, 상기 롤러(22)는 계속 시계방향으로 공전하며, 동일한 행정을 반복하며 유체를 토출한다. 상기 시계방향의 행정에 있어서, 먼저 상기 제 1 공간(29a)에서 상기 롤러(22)는 상기 제 2 흡입포트(27b)로부터 제 1 토출포트(26a)까지 공전하면서 유체를 압축한다. 반면에 상기 제 2공간(29a)에서는 유체의 압축이 일어나지 않는다. 따라서 상기 시계방향 행정중 전체 유체챔버(29)의 일부분(즉 상기 제 1 공간(29a))만을 이용하여 유체가 압축되며 상기 시계방향의 압축용량보다 적은 압축용량이 얻어진다. 한편, 상기 제 2 베인(120)이 상기 제 1 베인(110)에 대향되게 정확하게는 180°로 이격되어 위치되므로 상기 제 1 공간(29a) 및 제 2 공간(29b)의 크기는 서로 동일하다. 따라서 상기 시계방향의 회전에서 상기 제 2 공간(29b)은 압축에 이용되지 않으므로 이 회전방향에서의 압축용량은 상기 반시계 방향의 압축용량의 절반에 해당하다. 그러나 도 4에 점선으로 도시된 바와 같이 만일 상기 제 2 베인(120)이 상기 제 2 및 제 3 흡입포트들(27b,27c) 및 제 2 토출포트(27b)와 함께 상기 제 1 베인(110)에 대해 소정각도(180°보다 작은)로 시계 또는 반시계 방향으로 이격되면, 상기 제 2 공간(29b)의 크기가 커지거나 작아진다. 따라서, 상기 시계방향의 회전중에 압축용량은 상기 제 2 공간(29b)의 크기에 반비례하므로 상기 제 2 공간(29b)의 크기에 따라 작아지거나 커진다. 결과적으로 상기 제 1 베인(110)에 대한 상기 제 2 베인(120)의 상대 위치를 조절함으로서 상기 시계방향에서의 압축용량이 조절될 수 있다.
앞서 설명된 각 행정(즉, 시계 및 반시계방향 행정)에서, 토출된 압축유체는 케이스 내부(1)의 로터(12)와 스테이터(11) 사이의 공간 및 상기 스테이터(11)와 케이스(1) 사이의 공간을 통해 상부로 이동하며 최종적으로 토출관(9)을 통해 압축기 외부로 토출된다.
상기에서 몇몇의 실시예가 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지및 범주에서 벗어남없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등범위내의 모든 실시예는 본 발명의 범주내에 포함된다.
본 발명에 따른 로터리 압축기는 상기 구동축이 어느 방향으로 회전하더라도 유체를 압축할 수 있으며 상기 구동축의 회전방향에 따라 가변되는 압축용량들을 갖는다. 더 나아가, 본 발명의 로터리 압축기는 유체챔버를 분할하는 두 개의 베인들과 상기 구동축의 회전방향에 따라 상기 분할된 공간들에 유체를 선택적으로 흡입 및 토출하는 흡입 및 배출포트들을 갖는다. 따라서 본 발명은 구동축의 어느 한 방향 회전에서 기 설계된 냉매챔버 전체를 이용하여 유체를 압축할 수 있다. 이러한 본 발명의 로터리 압축기는 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 종래에는 이중용량 압축을 구현하기 위해, 여러 가지 장치를 조합하였다. 예를 들어, 이중압축용량을 위하여 압축용량이 다른 2개의 압축기와 인버터를 조합하였다. 이 경우, 구조가 상당히 복잡해지고, 단가가 상승할 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명은 하나의 압축기만으로도 이중용량 압축을 구현할 수 있다. 특히, 본 발명은 종래 로터리 압축기에서 최소한의 부품만을 변경함으로써, 이중용량 압축을 구현할 수 있다.
둘째, 종래 단일 압축용량을 갖는 압축기는 공기조화기나 냉장고 등의 다양한 운전조건에 적합한 압축용량을 생산할 수 없었다. 이러한 경우, 소비전력이 필요 이상으로 낭비될 수 밖에 없었다. 그러나, 본 발명은 기기의 운전조건에 대응하는 적합한 압축용량을 생산할 수 있다.
셋째, 본 발명의 로터리 압축기는 이중압축용량을 생산함에 있어서 기설계된 유체챔버를 전체를 사용한다. 이는 본 발명의 압축기가 동일한 실린더 크기, 즉 동일한 유체챔버 크기를 갖는 종래의 로터리 압축기와 적어도 같은 압축용량을 갖는 다는 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 로터리 압축기는 실린더 크기등과 같은 기본부품들의 설계변경없이도 종래의 로터리 압축기를 대체할 수 있다.

Claims (39)

  1. 시계 및 반시계 방향으로 회전가능하며, 소정크기의 편심부를 갖는 구동축;
    소정크기의 내부체적을 형성하는 실린더;
    상기 실린더 내주면에 접하도록 상기 편심부의 외주면에 회전가능하게 설치되어, 상기 내주면과 함께 유체의 흡입 및 압축을 위한 유체챔버를 형성하는 롤러;
    상기 롤러와 접촉하도록 상기 실린더에 탄성적으로 설치되며, 상기 유체챔버를 상기 구동축의 양방향 회전에서 유체가 압축되도록 구성되는 제 1 공간과 상기 구동축의 어느 한 방향 회전에서 유체가 압축되도록 구성되는 제 2 공간으로 분할하는 제 1 및 제 2 베인;
    상기 실린더 상하부에 각각 설치되어 각각 상기 구동축을 회전가능하게 지지하며, 상기 내부체적을 밀폐하는 상부 및 하부 베어링;
    상기 유체챔버와 연통하는 토출 및 흡입포트들로 이루어져;
    상기 제 1 및 제 2 공간에 의해 상기 구동축의 회전방향에 따라 서로 다른 두 개의 압축용량을 갖는 로터리 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동축의 어느 한 방향의 회전시에만 상기 롤러가 상기 유체챔버 전체를 이용하여 유체를 압축시키는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동축의 다른 한 방향의 회전시 상기 롤러가 상기 유체챔버의 일부분을 이용하여 유체를 압축시키는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 베인은 서로 소정간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 베인은 상기 제 1 베인에 대해 180°로 이격되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 베인은 상기 제 1 베인에 대해 시계 또는 반시계 방향으로 180°보다 작은 각도로 이격되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출 및 흡입포트들은 상기 구동축의 모든 회전방향에서 상기 제 1 공간내에 유체를 흡입시키고 상기 제 1 공간으로부터 압축된 유체를 토출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 토출포트들은 상기 제 1 공간과 연통하도록 위치되며 상기 구동축의 각 회전방향에서 압축된 유체를 각각 토출하는 제 1 및 제 2 토출포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 토출포트들은 상기 베인들에 각각 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 토출포트들은 서로 대향되게 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 흡입포트들은 상기 제 1 공간과 연통되게 위치되며 상기 구동축의 각 회전방향에서 각각 압축될 유체를 흡입하는 제 1 및 제 2 흡입포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 흡입포트들은 상기 베인들에 각각 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 흡입포트들은 서로 대향되게 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 흡입포트의 직경은 6mm-15mm인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 흡입포트는 상기 베인들으로부터 시계 또는 반시계방향으로 10°로 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출 및 흡입포트들은 상기 구동축의 어느 한 회전방향에서만 상기 제 2 공간내에 유체를 흡입시키고 상기 제 2 공간으로부터 압축된 유체를 토출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 토출포트는 상기 제 2 공간과 연통하도록 위치되며 상기 구동축의 어느 한 회전방향에서만 압축된 유체를 토출하는 제 3 토출포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 3 토출포트는 상기 베인들중 어느 하나에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 흡입포트는 상기 제 2 공간과 연통되게 위치되며 상기 구동축의 어느 한 회전방향에서만 압축될 유체를 흡입하는 제 3 흡입포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 3 흡입포트들은 상기 베인들중 다른 하나에 인접하게 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 흡입포트의 직경은 6mm-15mm인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 3 흡입포트는 상기 베인들으로부터 시계 또는 반시계방향으로 10°로 이격되어 위치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 3 흡입포트는 상기 실린더를 관통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 및 토출포트들을 상기 구동축의 회전방향에 따라 선택적으로 개폐하는 흡입 및 토출밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 흡입밸브들은 상기 실린더 내부의 음압에 의해 상기 흡입포트들을 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 토출밸브들은 상기 실린더 내부의 양압에 의해 상기 토출포트들을 개방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 흡입 및 토출 밸브는 실린더 내부로의 유체의 유동만을 허용하는 체크 밸브인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 흡입 및 토출 밸브는 압력차에 의해 상기 흡입 포트를 개방하도록 변형되는 플레이트 밸브인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 흡입 및 토출밸브는 자신의 변형을 제한하는 리테이너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 흡입 밸브의 리테이너는 인접한 실린더 및 베어링에 형성되며 변형된 밸브들을 수용하도록 구성된 홈인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더에 압축될 유체를 공급하며 상기 흡입포트들과 개별적으로 연결되는 다수개의 흡입관들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입포트들과 연결되며, 압축될 유체를 예비적으로 저장하는 흡입 플레넘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 흡입 플레넘은 저장된 유체로부터 분리된 오일을 수용하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 흡입 플레넘은 상기 흡입포트에 인접하게 상기 베어링의 하부에 장착되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 흡입플레넘의 체적은 상기 유체챔버 체적의 100%-400%인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 흡입 플레넘은 압축될 유체를 공급하는 흡입관과 소정의 유로를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 유로는 상기 실린더, 상기 밸브 어셈블리 및 상기 하부 베어링을 관통하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 흡입포트는 상기 실린더내에서 상기 유로로부터 분기되어 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
  39. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡입 및 토출포트들은 상기 제 1 및 제 2 공간들에 상기 구동축의 회전방향에 따라 선택적으로 유체를 공급 및 토출하는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
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