KR20050062214A

KR20050062214A - 기어타입 압축기

Info

Publication number: KR20050062214A
Application number: KR1020030094221A
Authority: KR
Inventors: 배영주; 김경호; 차강욱; 강승민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2003-12-20
Filing date: 2003-12-20
Publication date: 2005-06-23
Also published as: KR100556408B1

Abstract

본 발명은 새로운 구조의 기어타입 압축기를 제공함과 더불어 오일이 실린더와 외부기어 사이의 접촉면 전표면으로 효과적으로 이동될 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 모터의 구동력을 전달받아 증발기로부터 유입된 냉매를 압축하는 기어타입 압축부와, 상기 압축부에서 배출된 다음 응축기를 거쳐서 재흡입된 냉매를 팽창시키는 기어타입 팽창부를 포함하여 이루어지되, 상기 기어타입 압축부는, 모터 하부측에 고정되는 메인베어링과; 메인베어링 하부에 연접하게 설치되는 환형의 압축실린더와; 압축실린더 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어와; 모터의 구동력을 전달받아 외부기어와 맞물려 돌면서 냉매를 압축하도록 외부기어 내측에 설치되는 내부기어와; 압축실린더 하부에 연접하게 설치되는 팽창플레이트 겸용의 압축플레이트를 포함하여 이루어지며, 상기 기어타입 팽창부는, 압축플레이트 겸용의 팽창플레이트와; 상기 압축플레이트 겸용인 팽창플레이트 하부에 연접하게 설치되는 환형의 팽창실린더와; 팽창실린더 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어와; 모터의 구동력을 전달받아 외부기어와 맞물려 돌면서 냉매를 팽창시키도록 외부기어 내측에 설치되는 내부기어와; 팽창실린더 하부에 연접하게 설치되는 서브베어링을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

기어타입 압축기{gear type compressor}

본 발명은 기어타입 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 압축기 구조와는 다른 냉동시스템의 성능계수를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 기어타입 압축기를 제공함과 더불어 오일이 실린더와 외부기어 사이의 접촉면 전표면으로 효과적으로 이동될 수 있도록 하여 접촉면의 마찰에 의한 기계적 손실이 방지되도록 한 것이다.

일반적으로, 압축기는 전기모터나 터빈 등의 동력 발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 특수 가스에 압축일을 가함으로써, 작동유체의 압력을 높여주는 기계로서, 공기조화기 분야나 냉장고 분야 등의 일반적인 가전제품에서부터 플랜트 산업에까지 널리 사용된다.

한편, 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 얻을 수 있는 장점이 있다. 그 반면에, 기계의 치수 및 중량이 커지게 되고 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 압축하는 것으로서, 상기 왕복동식 압축기에 비해 저속으로 높은 압축효율을 얻을 수 있다.

그러나, 상기 로터리 압축기는 일정 회전속도에서 유량을 변화시키기 위해서는 여분의 공기를 방출하든지 또는 흡기를 교축할 필요가 있고, 또 여분의 공기에 의한 송출 압력 증대에 대비하여 안정장치를 설비하는 등 취급이 곤란하게 된다.

그리고, 각 부의 틈이 대단히 균일하지 않으면 압축가스가 누설되어 성능을 발휘하지 못할 수 도 있고, 마모가 된 경우는 급격한 성능 저하를 보인다. 그래서 고도로 정밀한 가공이 필요하다.

또한, 급격한 압력 변화에 의한 편하중이 작용하여 베어링이 파손되기 쉽다. 즉, 상기 로터리 압축기와 왕복동식 압축기는 각각 다른 특성 및 장단점을 갖고 있다.

한편, 냉동사이클이란 열역학적 사이클(thermodynamic cycle)로서, 일(work)을 가하여 저온부(cold reservoir)에 열을 추출하는데 목적이 있을 때에는 냉동사이클(refrigeration cycle)이라 하고, 이러한 냉동사이클을 이루는 시스템을 냉동시스템이라하며 이는 냉장고, 에어컨등에 주로 사용된다.

그리고, 상기 냉동시스템은 도 1을 참조하면, 냉매를 고온·고압으로 압축시키는 압축기(30)와, 상기 압축기(30)에서 압축되어 나온 냉매로부터 열을 빼앗아 외부로 방출하여 냉매를 액체 상태로 만드는 응축기(50)와, 상기 응축기(50)로부터 유입된 냉매를 단열 팽창시켜 압력을 급강하시키는 팽창밸브(40)와, 상기 팽창밸브(40)를 거친 냉매가 외부의 열을 흡수하면서 저압의 기체로 되는 증발기(60)로 이루어진다.

참고로, 도 2는 도 1의 냉동시스템의 P-h선도를 나타낸 그래프로서, 외부로부터 일(Wc)을 전달받아 압축기(30)에서 냉매를 압축하게 되며(1→4), 압축기(30)에서 압축된 냉매는 응축기(50)를 거쳐 외부로 냉매의 열을 방출하게 된다(2→3).

그리고, 상기 응축기(50)를 통과한 냉매는 팽창장치(20)를 통과하면서 단열팽창하게 되고(3→4), 상기 팽창장치를 통과한 냉매는 증발기(60)를 통과하면서 외부의 열을 냉매로 흡수하게 되며(4→1), 상기 증발기(60)를 통과한 냉매는 다시 압축기(30)로 흘러들게 된다.

이러한 냉동시스템의 성능계수(COP ; coefficient of performance)는 저온부, 즉 증발기(60)에서 흡수한 열량(Q_H)에 대한 압축기 일(Wc)로 정의된다.

따라서, 효율적인 냉동시스템을 구성하기 위해서는 적절한 냉매의 선택과 함께 효율적으로 압축기를 구성할 필요가 있다.

그리고 최근에는 냉매인 프레온 가스가 오존층을 파괴하는 문제점이 나타나면서 CO2등의 대체 냉매의 필요성이 매우 중요시되고 있고, 이 경우 대체 냉매를 사용하더라도 압축시 누설의 염려가 없고, 기계적 신뢰성이 확보되는 압축기가 필요하다.

본 발명의 상기와 같은 필요성들을 인식하여 안출된 것으로서, 기존의 압축기 구조와는 다른 냉동시스템의 성능계수를 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 기어타입 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 모터의 구동력을 전달받아 증발기로부터 유입된 냉매를 압축하는 기어타입 압축부와, 상기 압축부에서 배출된 다음 응축기를 거쳐서 재흡입된 냉매를 팽창시키는 기어타입 팽창부를 포함하여 이루어지되,

상기 기어타입 압축부는, 상기 모터 하부측에 고정되는 메인베어링과; 상기 메인베어링 하부에 연접하게 설치되는 환형의 압축실린더와; 상기 압축실린더 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어와; 상기 모터의 구동력을 전달받아 외부기어와 맞물려 돌면서 냉매를 압축하도록 상기 외부기어 내측에 설치되는 내부기어와; 압축실린더 하부에 연접하게 설치되는 팽창플레이트 겸용의 압축플레이트를 포함하여 이루어지며,

상기 기어타입 팽창부는, 압축플레이트 겸용의 팽창플레이트와; 상기 압축플레이트 겸용인 팽창플레이트 하부에 연접하게 설치되는 환형의 팽창실린더와; 상기 팽창실린더 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어와; 상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 외부기어와 맞물려 돌면서 냉매를 팽창시키도록 상기 외부기어 내측에 설치되는 내부기어와; 팽창실린더 하부에 연접하게 설치되는 서브베어링을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이 때, 외부기어 외주면상에 형성되는 오일그루브는 직선형태를 이루도록 형성되며, 특히 회전축선과 나란한 수직방향으로 길이를 갖도록 형성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 오일그루브는 원주방향을 따라 소정간격 이격되게 복수개 형성됨을 특징으로 한다.

한편, 외부기어 외주면상에 형성되는 오일그루브는 톱니(sawtooth) 문양을 이루도록 형성되거나, 물결(dimple) 문양을 이루도록 형성되거나, 나선(螺旋) 형태를 이루도록 형성된다.

이 때, 상기 나선형태의 오일그루브는 외부기어 외주면을 1회전하는 형태를 이루도록 형성됨을 특징으로 한다.

상기에서 오일그루브는 외부기어 상부면 또는 하부면까지 연결될 수 있으나, 냉매의 누설가능성을 감안하여 외부기어 상부면 또는 하부면에 연결되지 않도록 함이 바람직하다.

또한, 상기 압축실린더 및 팽창실린더의 몸체 내부에는 반경방향을 따라 오일공급홀이 추가적으로 형성됨을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 기어타입 압축기의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4a는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 횡단면도이며, 도 4b는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 횡단면도이다.

그리고, 도 5는 도 4의 외부기어를 나타낸 정면도이며, 도 6는 본 발명의 기어타입 압축기가 적용된 냉동시스템의 구성도이다.

본 발명의 기어타입 압축기는, 내부에 소정의 공간부를 갖는 케이싱(1)과; 상기 케이싱(1) 내부에 설치되는 모터(2)와; 모터(2)의 구동력을 전달받아 증발기(6)로부터 유입된 냉매를 압축하는 기어타입 압축부(3)와; 상기 압축부(3)에서 배출된 다음 응축기(5)를 거쳐서 재흡입된 냉매를 팽창시키는 기어타입 팽창부(4);를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 모터(2)는, 케이싱(1) 내벽에 장착되는 스테이터(200) 및 그 중심부에 설치되어 파워터미널(110)을 통해 스테이터(200)에 전원 인가시 회전하게 되는 로터(210)로 이루어진다.

그리고, 상기 기어타입 압축부(3)(즉, 압축부)는, 상기 케이싱(1)의 모터 하부측에 고정되는 메인베어링(300)과; 상기 메인베어링(300) 하부에 연접하게 설치되는 환형의 압축실린더(310)와; 상기 압축실린더(310) 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어(320)와; 상기 모터의 구동력을 전달받아 외부기어(320)와 맞물려 돌면서 냉매를 압축하도록 상기 외부기어(320) 내측에 설치되는 내부기어(330)와; 압축실린더(310) 하부에 연접하게 설치되는 팽창플레이트 겸용의 압축플레이트(340)를 포함하여 이루어진다.

이 때, 압축실린더(310) 내측의 외부기어(320) 외주면상에 형성되는 오일그루브(320g)는 직선형태를 이루도록 형성되며, 특히 회전축선과 나란한 수직방향으로 길이를 갖도록 형성된다.

그리고, 상기 오일그루브(320g)는 외부기어(320) 외주면상에 원주방향을 따라 소정간격 이격되게 복수개 형성되도록 한다.

한편, 상기 오일그루브(320g)는 외부기어(320) 상부면 또는 하부면까지 연결될 수 있으나, 냉매의 누설가능성을 감안하여 외부기어(320) 상부면 또는 하부면에 연결되지 않도록 함이 보다 바람직하다.

그리고, 상기 케이싱(1) 일측에는 상기 케이싱(1) 내부로의 냉매 유입을 위한 흡입파이프(100)(suction pipe)가 설치된다.

그리고, 상기 케이싱(1) 하부에는 압축기 설치를 위한 베이스 플레이트(120)가 구비된다.

그리고, 상기 메인베어링(300)에는 케이싱(1) 내부로 유입되는 냉매를 압축실린더(310)를 통해 외부기어(320) 내측공간으로 보내도록 메인베어링(300)상에 연결되는 압축부 부흡입파이프(350)(sub compression suction pipe)가 설치되고, 상기 팽창플레이트 겸용인 압축플레이트(340)에는 압축된 냉매를 응축기(5)쪽으로 보내기 위한 압축부 토출파이프(360)(compression discharge pipe)가 설치된다.

이 때, 상기 압축부 부흡입파이프(350)는 케이싱(1) 내부에 채워진 오일(oil)의 액면(液面) 위로 노출되게 설치된다.

즉, 압축부 상·하부의 오일은 분리되어 위치하는 것이 아니라, 압축실린더(310)와 메인베어링(300) 및 팽창플레이트 겸용인 압축플레이트(340) 외주면상에 수직방향으로 길이를 갖도록 따진 홈(3g)부분을 통해 서로 통하고 있어 교류 가능하다.

한편, 상기 기어타입 팽창부(4)(즉, 팽창부)는, 압축플레이트 겸용인 팽창플레이트(340)와; 상기 압축플레이트 겸용인 팽창플레이트(340) 하부에 연접하게 설치되는 환형의 팽창실린더(410)와; 상기 팽창실린더(410) 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어(420)와; 상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 외부기어(420)와 맞물려 돌면서 냉매를 팽창시키도록 상기 외부기어(420) 내측에 설치되는 내부기어(430)와; 팽창실린더(410) 하부에 연접하게 설치되는 서브베어링(440)을 포함하여 이루어진다.

이 때, 팽창실린더(410) 내측의 외부기어(420) 외주면상에 형성되는 오일그루브(420g) 역시 직선형태를 이루도록 형성되며, 특히 회전축선과 나란한 수직방향으로 길이를 갖도록 형성된다.

그리고, 상기 오일그루브(420g)는 외부기어(420) 외부면 상에 원주방향을 따라 소정간격 이격되게 복수개 형성되도록 한다.

한편, 상기 오일그루브(420g)는 외부기어 상부면 또는 하부면까지 연결될 수 있으나, 냉매의 누설가능성을 감안하여 외부기어(420) 상부면 또는 하부면에 연결되지 않도록 함이 보다 바람직하다.

그리고, 상기 서브베어링(440) 일측에는 응축기(5)를 거친 냉매가 팽창실린더(410) 내측으로 유입되도록 하는 팽창부 흡입파이프(450)(expander suction pipe)가 설치된다.

그리고, 상기 서브베어링(440) 타측에는 팽창된 냉매를 증발기(6)쪽으로 보내는 팽창부 토출파이프(460)(expander discharge pipe)가 설치된다.

또한, 상기 메인베어링(300)에는 흡입포트(300a)가 형성되고, 팽창플레이트 겸용인 압축플레이트(340)에는 토출포트(340a)가 형성된다.

그리고, 상기 서브베어링(440)에는 흡입포트(440a) 및 토출포트(440b)가 소정 위치에 각각 형성된다.

한편, 팽창부(4)의 외형 사이즈와 기어사이즈는 압축부(3)의 외형 사이즈에 비해 작은 사이즈로 형성된다.

즉, 서브베어링(440)과 팽창실린더(410)의 외형 사이즈는 메인베어링(300)과 압축실린더(310) 및 팽창플레이트 겸용의 압축플레이트(340)의 외형 사이즈에 비해 작은 사이즈로 형성됨이 바람직하다.

이에 따라, 기어타입 압축부(3)를 구성하는 압축플레이트(340)에 대한 압축부 토출파이프(360) 연결작업이 용이하게 이루어질 수 있다.

한편, 기어타입 팽창부(4)의 외형 사이즈가 압축부(3)의 외형 사이즈에 비해 작은 사이즈로 형성될 수 있는 이유는, 팽창부(4)의 기어 사이즈가 압축부(3)의 기어 사이즈에 비해 작기 때문이다.

이는, 압축부(3)에서의 흡입포트(300a)로 유입된 냉매와 팽창부(4)에서의 흡입포트(440a)로 유입된 냉매의 비체적 차이에 기인한 것으로서, 팽창부(4)의 흡입포트(440a)로 유입된 냉매의 비체적이 작기 때문에 팽창과정과 압축과정의 질량유량(mass flow)이 동일한 질량유량을 이루기 위해서는 팽창과정의 행정체적이 압축과정의 행정체적보다 작아야 하고, 이를 위해서는 팽창부(4)의 기어 사이즈가 압축부(3)의 기어 사이즈에 비해 작아야 하기 때문이다.

하지만, 기어 사이즈의 차이가 압축실린더(310) 및 팽창실린더(410)의 외형 사이즈 차이와 직접적인 관계가 있는 것은 아니다.

이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 압축기 작용을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3 및 도 6를 참조하면, 모터(2)의 작동에 따라서 기어타입 압축부(3)에서 냉매의 압축이 이루어지게 되고, 이어 압축부(3)에서 압축된 냉매는 유로를 따라서 응축기(5)로 유입되며, 상기 응축기(5)를 통과하면서 열을 외부로 방출하게 된다.

그리고, 상기 응축기(5)를 통과한 냉매는 유로를 통하여 본 발명 압축기의 팽창부(4)로 유입되고, 상기 팽창부(4)로 유입된 냉매는 팽창부를 지나는 과정에서 팽창하게 된다.

이어, 상기 팽창부(4)를 통과한 냉매는 증발기(6)로 유입되며, 냉매는 상기 증발기(6)를 통과하면서 외부로부터 열을 흡수하게 된다.

그리고, 상기 증발기(6)를 통과한 냉매는 다시 압축부(3)로 흘러들게 되며, 이러한 일련의 흐름이 반복되어 냉동사이클을 이루게 된다.

상기와 같이 냉동사이클을 이루는 과정중 본 발명 압축기에 의해 수행되는 압축 및 팽창 작용을 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 케이싱(1) 내벽에 장착된 모터에 전원이 인가되어 스테이터(200)와의 전자기적 상호 작용에 의해 로터(210)가 회전하게 되면, 케이싱(1) 상단부에 설치된 흡입파이프(100)(suction pipe)를 통해 케이싱(1) 내부로 냉매가 유입된다.

그리고, 케이싱(1) 내부로 유입된 냉매는 메인베어링(300)에 연결된 압축부 부흡입파이프(350)(sub compression suction pipe)를 통해 외부기어(320) 내측공간으로 보내진다.

이 때, 압축부 부흡입파이프(350)를 통과한 냉매는 외부기어(320) 내측공간과 연통된 메인베어링(300)의 흡입포트(300a)를 통해 외부기어(320) 내측공간으로 유입된다

그리고, 상기 외부기어(320) 내측공간으로 보내진 냉매는 모터 샤프트(220)에 축결합된 내부기어(330)의 회전에 따라 점점 압축된 후 팽창플레이트 겸용인 압축플레이트(340)에 형성된 토출포트(340a)를 지나 상기 토출포트(340a)에 연결된 압축부 토출파이프(360)를 통해 토출되어 응축기(5)로 보내어지게 된다.

여기서, 상기 압축부(3)에서의 토출포트(340a) 면적은 흡입포트(300a) 면적에 비해 작게 형성됨은 물론이다.

한편, 응축기(5)에서의 열교환 과정을 거친 냉매는 본 발명 압축기의 기어타입 팽창부(4)로 재유입된다.

즉, 응축기(5)에서의 열교환을 거친 냉매는 서브베어링(440) 일측에 연결된 팽창부 흡입파이프(450)를 통과한 후, 서브베어링(440)의 흡입포트(440a)를 통해 외부기어(420) 내측공간으로 유입되고, 상기 외부기어(420) 내측공간으로 보내진 냉매는 모터 샤프트(220)에 축결합된 내부기어(430)의 회전에 따라 점점 팽창된 후 서브베어링(440) 타측에 형성된 토출포트(440b)에 연결된 팽창부 토출파이프(460)를 통해 토출되어 증발기(6)로 보내어지게 된다.

여기서, 상기 팽창부(4)에서의 토출포트(440b) 면적은 흡입포트(440a) 면적에 비해 더 크게 형성됨은 물론이다.

한편, 상기 기어타입 압축부(3)와 기어타입 팽창부(4)는 전술한 실시예에서와 같이 모두 다 하나의 케이싱(1) 내에 설치됨이 바람직하나, 별도의 케이싱(1)에 각각 분리 설치될 수도 있다.

또한, 상기 모터(2) 또한 케이싱(1) 외부에 설치될 수도 있음은 물론이며, 구동수단으로서는 구동력을 발생시키는 장치라면 어느 것이라도 가능하다.

한편, 도 4a는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 단면도로서, 압축부(3)를 이루는 내부기어(330)와 외부기어(320)의 기하학적 형태를 예시한 것이다.

이 때, 상기 외부기어(320)는 모터 샤프트(220)에 결합되어 회전하는 내부기어(330)의 티스(330a) 수보다 많은 티스홈(320a)을 갖도록 형성되고, 내부기어(330)의 회전중심과 외부기어(320)의 회전중심은 편심되게 설치된다.

통상적으로 내부기어(330)의 티스(330a)는 외부기어(320)의 티스홈(320a) 개수보다 작고, 티스(330a)의 형상은 사이클로이드 곡선을 이루는 것이 바람직하다.

그리고, 도 4b는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도로서, 팽창부(4)를 구성하는 내부기어(430)와 외부기어(420)의 기하학적 형태를 예시한 것이다. 팽창부(4)의 내부기어(430)와 외부기어(420)의 구조는 압축부(3)의 내부기어(330)와 외부기어(320)의 구조와 동일하고, 그 크기만 다를 뿐이다.

한편, 본 발명의 구조에 따른 압축기에 의해 냉매가 압축될 때 발생하는 토크의 변화량은 다른 구조를 가지는 압축장치에 비하여 현저히 작아진다.

즉, 본 발명의 구조에 따른 압축기는 왕복동식 압축기에 비해 토크의 변화량이 현저히 작아지게 된다.

그리고, 본 발명의 기어타입 압축기는 냉매 압축 및 팽창시 내부기어(330)(430)와 함께 외부기어(320)(420)가 회전함에 따라 토크의 균형이 유지됨으로써 진동 및 소음이 작아지게 된다.

한편, 본 발명의 기어타입 압축기는 내부기어(330)(430)에 형성된 티스(330a)(430a)와 외부기어(320)(420)측의 티스홈(320a)(420a)이 다수개 접촉됨으로써, 내부기어에서 외부기어로 전달되는 힘이 어느 한곳에 집중되지 않고 분산되는 효과가 있다.

그리고 본 발명의 기어타입 압축기는 내부기어(330)(430)에 형성된 티스(330a)(430a)와 외부기어(320)(420)측의 티스홈(320a)(420a)이 맞물리는 지점에서의 속도차 즉, 상대속도가 작은 이점이 있다.

한편, 본 발명의 기어타입 압축기는 사용되는 냉매를 이산화탄소도 냉매로서 사용이 가능하다.

이산화탄소는 냉매로서 사용시간이 길며, 독성이 없을 뿐만 아니라 비가연성이다. 또한 그 가격이 싸며 원천이 풍부하고 회수할 필요가 없으며, 윤활유와도 잘 용해될 수 있고, 단위 용적당 냉각량이 CFC계열 R-22에 비하여 5배나 되어 동일한 냉방용량을 발생시키기 위한 용적이 작아지고 압축비율도 작아지는 장점이 있다.

따라서, 본 발명의 기어타입 압축기 사용시에는 이산화탄소를 냉매로 사용함으로써 상기한 장점을 충분히 활용할 수 있게 된다.

특히, 상기에서 본 발명의 기어타입 압축기는 압축부(3)를 구성하는 압축실린더(310)와 그 내측의 외부기어(320) 및, 팽창부(4)를 구성하는 팽창실린더(410)와 그 내측의 외부기어(420)는 접촉면이 상대운동을 함으로 인해, 각 접촉면에서 마찰에 의한 기계적 손실이 발생하기 쉽다.

이에 따라, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이, 압축실린더(310) 및 팽창실린더(410)의 외주면상에 수직선 형태의 오일그루브(320g)(420g)를 복수개 형성하여, 외부기어(320)(420)의 회전시 냉매와 함께 흡입되어 외부기어(320)(420) 외주면의 오일그루브(320g)(420g) 내에 머물던 오일이 외부기어의 회전에 따라 접촉면 전 표면으로 이동 확산되도록 함으로써 각 실린더(310)(410)와 외부기어(320)(420) 사이의 마찰에 의한 기계적 손실을 감소시킬 수 있도록 한다.

그리고, 상기 오일그루브(320g)(420g)는 외부기어 상부면 또는 하부면까지 연결될 수 있으나, 냉매의 누설가능성을 감안하여 외부기어 상부면 또는 하부면에 연결되지 않도록 함이 보다 바람직하다.

한편, 본 발명의 각 외부기어(320)(420) 외주면상에 형성되는 오일그루브(320g)(420g)는 톱니(sawtooth) 문양을 이루거나, 물결(dimple) 문양을 이룬거나, 나선(螺旋) 형태를 이루도록 형성할 수 있다.

한편, 각 외부기어(320)(420)의 외주면상에 형성되는 오일그루브(320g)(420g)와는 별도로 압축실린더(310)에 오일공급홀(310h)을 추가적으로 형성해주게 되면 접촉면으로의 오일 유입 효과가 한층 커지게 된다.

즉, 도 4a의 확대부에 도시한 바와 같이, 회전하는 외부기어(320) 외주면에서는 오일(220)의 유동 속도가 빠르고, 압축실린더(310)에 형성된 오일공급홀(310h) 출구측에서의 오일(220)의 유동속도는 느리기 때문에 상기한 속도차에 기인하여 압축실린더(310) 외측의 오일(220)은 지속적으로 오일공급홀(310h)을 통해 상기 압축실린더(310)와 외부기어(320) 사이로 유입된다.

그리고, 동일한 원리로 팽창실린더(410)와 그 내측의 외부기어(420) 사이로도 오일(220)이 공급된다.

이 경우, 오일(220)의 최소 수위는 케이싱 바닥면에서 압축실린더(310)까지의 높이 이상이 되어야 함은 물론이다.

한편, 압축실린더(310) 혹은 팽창실린더(410)의 몸체 내부에 반경방향을 따라 형성되는 오일공급홀(310h)(410h)는 반경방향 외측이 높고 반경방향 내측이 낮은 경사구조로 형성될 수도 있다.

이와 같이 된 경우에는 외부기어(320)(420) 주변에서의 속도차에 이외에 오일공급홀(310h)(410h) 입구와 출구에서의 위치에너지 차이가 보태어져 각 외부기어(320)(420)와 실린더(310)(410)의 접촉면으로의 오일 공급이 보다 원활하게 이루어지게 된다.

한편, 본 발명의 기어타입 압축기는 팽창플레이트와 압축플레이트가 겸용이어서 부품수 및 조립공수를 줄이는 효과가 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 기어타입의 압축기를 제공함으로써, 냉동시스템의 성능계수를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따르면, 압축기에 사용되는 냉매를 이산화탄소등으로 대체할 수 있어 환경친화적인 압축기 구현이 가능해지는 장점이 있다.

즉, 이산화탄소는 냉매로서 사용시간이 길며, 독성이 없을 뿐만 아니라 비가연성이다. 또한 그 가격이 싸며 원천이 풍부하고 회수할 필요가 없으며, 윤활유와도 잘 용해될 수 있고, 단위 용적당 냉각량이 CFC계열 R-22에 비하여 5배나 되어 동일한 냉방용량을 발생시키기 위한 용적이 작아지고 압축비율도 작아지는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 기어타입 압축기는 내부기어와 외부기어의 힘과 토크의 균형으로 인해 압축기 가동시의 진동 및 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명의 기어타입 압축기는 압축부 및 팽창부의 각 실린더와 외부기어 사이로 공급되는 오일이 접촉면 전표면으로 효과적으로 확산될 수 있도록 하여 접촉면의 마찰에 의한 기계적 손실을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 기어타입 압축기는 팽창플레이트 겸용의 압축플레이트가 겸용이어서 부품수 및 조립공수를 줄이는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 냉동시스템의 구성을 보여주는 개념도

도 2는 도 1의 냉동시스템의 P-h선도를 나타낸 그래프

도 3은 본 발명에 따른 기어타입 압축기의 구성을 나타낸 단면도

도 4a는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선을 따른 횡단면도

도 4b는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 횡단면도

도 5는 도 4의 외부기어를 나타낸 정면도

도 6은 본 발명의 기어타입 압축기가 적용된 냉동시스템의 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:케이싱 100:흡입파이프

110:파워터미널 120:베이스 플레이트

2:모터 200:스테이터

210:로터 220:샤프트

3:압축부 300:메인베어링

300a:흡입포트 310:압축실린더

310h:오일공급홀 320:외부기어

320a:티스홈 320g:오일그루브

330:내부기어 330a:티스

340:팽창플레이트 겸용인 압축플레이트

340a:토출포트 350:압축부 부흡입파이프

360:압축부 토출파이프 4:팽창부

410:팽창실린더 410h:오일공급홀

420:외부기어 420g:오일그루브

420a:티스홈 430:내부기어

430a:티스 440:서브베어링

440a:흡입포트 440b:토출포트

450:팽창부 흡입파이프 460:팽창부 디스차지파이프

5:응축기 6:증발기

Claims

모터의 구동력을 전달받아 증발기로부터 유입된 냉매를 압축하는 기어타입 압축부와, 상기 압축부에서 배출된 다음 응축기를 거쳐서 재흡입된 냉매를 팽창시키는 기어타입 팽창부를 포함하여 이루어지되,

상기 기어타입 압축부는, 상기 모터 하부측에 고정되는 메인베어링과; 상기 메인베어링 하부에 연접하게 설치되는 환형의 압축실린더와; 상기 압축실린더 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어와; 상기 모터의 구동력을 전달받아 외부기어와 맞물려 돌면서 냉매를 압축하도록 상기 외부기어 내측에 설치되는 내부기어와; 압축실린더 하부에 연접하게 설치되는 팽창플레이트 겸용의 압축플레이트를 포함하여 이루어지며,

상기 기어타입 팽창부는, 압축플레이트 겸용인 팽창플레이트와; 상기 압축플레이트 겸용인 팽창플레이트 하부에 연접하게 설치되는 환형의 팽창실린더와; 상기 팽창실린더 내측공간에 회전가능하게 위치하는 외부기어와; 상기 모터의 구동력을 전달받아 상기 외부기어와 맞물려 돌면서 냉매를 팽창시키도록 상기 외부기어 내측에 설치되는 내부기어와; 팽창실린더 하부에 연접하게 설치되는 서브베어링을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 기어타입 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 외부기어 외주면상에 형성되는 오일그루브는 외부기어의 회전축선과 나란한 수직방향으로 길이를 갖도록 형성됨과 더불어 원주방향을 따라 적어도 하나 이상 형성됨을 특징으로 하는 기어타입 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 외부기어 외주면상에 형성되는 오일그루브는 톱니(sawtooth) 문양을 이루도록 형성됨을 특징으로 하는 기어타입 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 외부기어 외주면상에 형성되는 오일그루브는 물결(dimple) 문양을 이루도록 형성됨을 특징으로 하는 기어타입 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 외부기어 외주면상에 형성되는 오일그루브는 나선(螺旋) 형태를 이루도록 형성됨을 특징으로 하는 기어타입 압축기.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 오일그루브는 외부기어의 외주면 영역을 벗어나지 않도록 형성됨을 특징으로 하는 기어타입 압축기.
제 1 항에 있어서,

상기 압축실린더 및 팽창실린더의 몸체 내부에 반경방향을 따라 오일공급홀이 더 형성됨을 특징으로 하는 기어타입 압축기.