KR20060060542A - 로터리식 2단 압축기 - Google Patents

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아쯔시 오오누마
마사또 가네꼬
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야스히로 기시
가즈노리 쯔꾸이
유우끼찌 나까다
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Abstract

본 발명의 목적은 배관에서의 유체 손실을 저감시키고 동시에 제조가 용이한 2단 압축기를 제공하는 데 있다.
밀폐 용기 내에 저압용 압축 요소와 고압용 압축 요소와, 저압용 압축 요소의 압축실에 접속하는 중간 공간을 구비한 로터리식 2단 압축기에 있어서, 밀폐 용기에 적어도 3개 부위의 대략 원형의 관통 구멍을 형성하고, 관통 구멍을 통과하여 저압용 압축 요소에 연통하는 저압용 흡입관과, 관통 구멍을 통과하여 중간 공간에 연통하는 중간용 토출관과, 관통 구멍을 통과하여 고압용 압축 요소에 연통하는 고압용 흡입관을 구비하고, 관통 구멍을 회전축의 길이 방향에 따라 열 형상으로 마련하였다.
2단 압축기, 밀폐 용기, 압축 요소, 토출관, 흡입관

Description

로터리식 2단 압축기{ROTARY TYPE TWO STAGE COMPRESSOR}
도1은 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 로터리 2단 압축기의 종단면도.
도2는 도1에서 도시한 로터리 2단 압축기의 A-A 단면도.
도3은 도1, 도2에서 도시한 로터리 2단 압축기의 B방향에서 본 정면도.
도4는 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 로터리 2단 압축기의 종단면도.
도5는 도4에 도시한 로터리 2단 압축기의 몸통부의 정면도.
도6은 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 로터리 2단 압축기의 종단면도.
도7은 도6에서 도시한 로터리 2단 압축기의 A-A 단면도.
도8은 도6에서 도시한 로터리 2단 압축기를 이용한 인젝션 사이클의 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 압축기
2 : 회전축
13 : 밀폐 용기
20 : 압축 요소
22 : 몸통부
25 : 흡입구
27 : 토출관
38 : 저압용 흡입관
39 : 중간용 토출관
40 : 중간관
41 : 고압용 흡입관
43 : 접속관
45 : 인젝션관
[문헌 1] 일본 특허 공개 소60-128990호 공보
본 발명은 냉동 사이클을 구비한 공기 조화기에 사용되는 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다.
종래, 냉동 사이클에 사용되는 로터리식 2단 압축기에 있어서, 예를 들어 일본 특허 공개 소60-128990호 공보(이하, 특허문헌 1)에 개시된 구조가 공지되어 있다. 이 종래 기술에 있어서의 압축기는 밀폐 용기의 내부에 있어서 상부에 고정자와 회전자로 이루어지는 전동기를 구비하고 있다. 전동기에 연결된 회전축은 2개의 편심부를 구비하고 있다. 그 편심부에 대응한 압축 기구로, 전동기측으로부터 차례로 고압용 압축 요소와 저압용 압축 요소가 밀폐 용기의 내부에 마련되어 있다.
각 압축 요소는 회전축의 편심부의 편심 회전에 의해 회전자를 공전 운동시킨다. 그 편심부는 위상이 180°상이하고, 각 압축 요소의 압축 공정의 위상차는 180°이다. 즉, 2개의 압축 요소의 압축 공정은 역위상이다.
작동 유체인 가스 냉매는 저압(Ps)에서 저압용 압축 요소 내에 흡입되고, 압축되어 중간압(Pm)으로 상승한다. 이때, 밀폐 용기 내에 마련된 관통 구멍을 통과하여 저압용 압축 요소에 연통하는 저압용 흡입관으로부터 흡입된다.
중간압(Pm)에서 저압용 압축 요소로부터 토출된 가스 냉매는 밀폐 용기 내에 마련된 중간 공간으로부터 중간 유로로 토출된다. 그때, 밀폐 용기에 마련된 관통 구멍을 통과하여 중간 공간에 연통하는 중간 토출관으로부터 중간 유로로 토출된다.
다음에, 중간압(Pm) 가스 냉매는 중간 유로를 경유하여 고압용 압축 요소 내에 흡입되고, 고압(Pd)으로 압축된다. 그때, 밀폐 용기에 마련된 관통 구멍을 통과하여 고압용 압축 요소에 연통하는 고압용 흡입관으로부터 흡입된다.
저압용 흡입관, 중간용 토출관, 고압용 흡입관은 밀폐 용기의 외측으로부터 프레스 등의 장치에 의해 압입되어 펌프 부분과의 밀봉 성능을 확보한 후, 밀폐 용기와 용접에 의해 접합된다.
압축기로부터 토출되는 고압(Pd) 가스 냉매는 응축기에서 응축된 후, 팽창 기구에서 저압까지 감압된다. 그 후, 증발기에서 증발되어 가스 냉매가 되고 저압용 압축 요소 내로 흡입된다.
[특허 문헌 1] 일본 공개 소60-128990호 공보(제5 페이지, 도1)
발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술에서 서술한 로터리식 2단 압축기는, 밀폐 용기에 마련된 3개의 관통 구멍의 위치 관계에 대해서는 명확하게 기재되어 있지 않다. 도면에 따르면, 저압용 흡입관 및 고압용 흡입관의 관통 구멍과, 중간용 토출관용 관통 구멍은 회전축의 축중심에 대해 역방향으로 개구되어 있다. 이 때문에, 고압용 흡입관과 중간용 토출관을 접속하는 중간관의 형상이 복잡해져 유체 손실이 증대하는 문제점이 있었다.
또한, 배경 기술의 종래예에서는 적어도 2방향으로 압입할 필요가 있다. 즉, 압입 행정이 2회 필요하다. 또한, 밀폐 용기와 저압용 흡입관, 중간용 토출관, 고압용 흡입관을 용접하는 경우에도, 용접 방향이 다르기 때문에 용접 작업이 복잡화되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 상술한 문제점을 해결하는 고성능이며 동시에 제조가 용이한 압축기를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 로터리 압축기는 밀폐 용기 내에 전동기와, 그 전동기에서 구동되어 2개의 편심부를 갖는 회전축과, 이 회전축이 관통하는 구획판을 거쳐서 설치된 2개의 압축실에 상기 편심부의 편심 회전에 의해 공전 운동하는 롤러를 각각 구비한 저압용 압축 요소와 고압용 압축 요소를 갖는 회전 압축 요소와, 상기 저압용 압축 요소의 압축실과 상기 고압용 압축 요소의 압축실에 연통하여 상기 밀폐 용기의 내부 공간과 이격된 중간 공간과, 상기 밀폐 용기 에 마련된 상기 회전축의 길이 방향에 따라 열 형상으로 마련된 복수의 관통 구멍과, 이 관통 구멍을 통과하여 상기 저압용 압축 요소에 연통하는 저압용 흡입관과, 다른 관통 구멍을 통과하여 상기 중간 공간에 연통하는 중간용 토출관과, 또 다른 관통 구멍을 통과하여 상기 고압용 압축 요소에 연통하는 고압용 흡입관을 구비한 것이다.
또한, 전동기의 회전축과 동일한 방향의 장축을 갖는 어큐뮬레이터를 설치하는 경우에는 어큐뮬레이터와 저압용 흡입관을 연통하는 대략 L자 형상의 흡입관과, 중간용 토출관과 고압용 흡입관을 연통하는 대략 U자 형상의 중간관을 구비하고, 어큐뮬레이터의 장축과 관통 구멍의 배열축이 회전축의 회전축에서 보아 다른 각도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 관통 구멍이 근접되어 있는 경우, 상기 관통 구멍에 외접하고, 각각 상기 저압용 흡입관, 상기 중간용 토출관, 혹은 상기 고압용 흡입관에 내접하는 대략 원통 형상의 접속관을 구비하고, 상기 저압용 흡입관, 상기 중간용 토출관, 혹은 상기 고압용 흡입관의 외경은 상기 밀폐 용기에 대하여 내측 부분이 외측 부분보다도 작은 상이한 직경의 형상을 갖고, 상기 접속관은 상기 저압용 흡입관, 상기 중간용 토출관, 혹은 상기 고압용 흡입관의 외형에 따르도록 밀폐 용기에 대하여 내측 부분의 외경이 외측 부분의 외경보다도 작은 상이한 직경의 형상을 가져도 좋다.
본 발명의 실시 형태를 도면을 이용하여 설명한다. 즉, 도1에 있어서, 압축기(1)는 바닥부(21)와 덮개부(12)와 몸통부(22)로 이루어지는 밀폐 용기(13)를 구 비한다. 밀폐 용기(13) 내부의 상방에는 고정자(7)와 회전자(8)를 갖는 전동기(14)가 설치되어 있다. 전동기(14)에 연결된 회전축(2)은 2개의 편심부(5)를 구비하고, 주베어링(9)과 부베어링(19)에 저어널되어 있다. 그 회전축(2)에 대해 전동기(14)측으로부터 차례로 단부판부(9a)를 구비하는 주베어링(9), 고압용 압축 요소(20b), 중간 구획판(15), 저압용 압축 요소(20a) 및 단부판부(19)를 구비한 부베어링(19)이 적층되고, 볼트 등의 체결 요소(도시 생략)로 일체화되어 있다.
단부판부(9a)는 몸통부(22)의 내벽에 용접에 의해 고정되어 주베어링(9)을 지지하고 있다. 단부판부(19a)는 부베어링(19)에 지지되어 있다. 또한, 본 실시 형태는 단부판부(19a)를 볼트 등에 의해 고정되어 있지만, 몸통부(22)에 용접으로 고정되어도 상관없다.
각 압축 요소(20a, 20b)는 다음과 같은 구성으로 되어 있다. 대표적으로 도2에 도1의 A-A 단면, 즉 저압용 압축 요소(20a)의 단면도를 도시한다. 저압 압축 요소(20a)에 있어서, 부베어링(19)과, 원통 형상의 실린더(10a)와, 편심부(5a)의 외주에 끼워 맞추어진 원통 형상의 롤러(11a)와, 중간 구획판(15)으로 압축실(23a)은 구성된다.
또한, 고압 압축 요소(20b)에 있어서, 주베어링(9)과, 원통 형상의 실린더(10b)와, 편심부(5b)의 외주에 끼워 맞추어진 원통 형상의 롤러(11b)와, 중간 구획판(15)으로 압축실(23b)은 구성된다. 그것들의 압축실(23a, 23b)은, 도2에 도시한 바와 같이 코일 스프링과 같은 압박력 부여 수단(17)으로 연결된 평판 형상의 벤(18)이 편심부(5a, 5b)의 편심 운동에 맞추어 회전하는 롤러(11a, 11b)의 외주 상 을 접촉하면서 진퇴 운동함으로써 압축실(23a, 23b)을 압축 공간과 흡입 공간으로 분할한다.
압축 요소(20)는 편심부(5)가 편심 회전함으로써 롤러(11)를 구동한다. 도1에 도시한 바와 같이, 편심부(5a)와 편심부(5b)는 위상이 180°상이하고, 압축 요소(20a, 20b)의 압축 공정의 위상차는 180°이다. 즉, 2개의 압축 요소의 압축 공정은 역위상으로 되어 있다.
작동 유체인 가스 냉매의 흐름을 도1의 화살표로 나타낸다. 배관(31)을 통해 공급되는 저압(ps)의 가스 냉매는 어큐뮬레이터(36)와 흡기관(37)과 저압용 흡입관(38)을 차례로 흘려보낸다. 그리고, 저압(Ps)의 가스 냉매는 흡입구(25a)로부터 저압용 압축 요소(20a) 내로 흡입되어 롤러(11a)가 편심 회전함으로써 중간압(Pm)까지 압축된다.
압축실(23a) 내의 압력이 미리 설정된 압력이 되면 개구되는 토출 밸브(28a)가 중간압(Pm)에서 개구되면, 중간압(Pm)이 된 가스 냉매가 토출구(26a)와 연통하는 토출 공간(33)으로 토출된다. 이 토출 공간(33)은 부베어링(19)과 커버(35)에 의해 밀폐 용기(13) 내의 밀폐 공간(29)과 이격된 공간이며, 그 내부 압력은 중간압(Pm)이 된다. 토출 공간(33)의 냉매 가스는 중간용 토출관(39), 중간관(40), 고압용 흡입관(41)을 차례로 흘려 보내고 흡입구(25b)로부터 고압용 압축 요소(20b) 내로 흡입된다.
흡입구(25b)로부터 고압용 압축 요소(20b) 내로 흡입된 중간압(Pm)의 가스 냉매는 롤러(11b)가 공전함으로써 고압(Pd)까지 압축된다. 압축실(23b) 내의 압력 이 미리 설정된 압력이 되면 개구되는 토출 밸브(28b)가 고압(Pd)에서 개구되면, 가스 냉매는 토출구(26)로부터 밀폐 용기(13)의 내부 공간인 밀폐 공간(29)으로 토출된다. 이 밀폐 공간(29)으로 토출된 가스 냉매는 전동기(14)의 간극을 통과하여 토출관(27)에 의해 토출된다.
다음에, 도3에 도1, 도2의 B 방향으로부터의 측면도를 도시한다. 저압용 흡입관(36), 중간용 토출관(39), 고압용 흡입관(41)은 몸통부(22)에 프레스 가공 또는 드릴 가공으로 형성된 원통 형상의 관통 구멍(42)을 통과하여 각각 실린더(10a), 부베어링(19), 실린더(10b)에 프레스 등에 의해 압입되어 접속된다. 관통 구멍(42)은, 몸통부(22)의 길이 방향, 즉 도1에 도시한 회전축(2)의 회전 방향에 따라 1열로 형성된다. 여기서, 관통 구멍(42)에는 저압용 흡입관(36), 중간용 토출관(39), 고압용 흡입관(41)과 각각 내접하는 대략 원통 형상의 접속관(43)을 설치하였다.
어큐뮬레이터(36)와 저압용 흡입관(37)을 접속하고 있는 흡입관(37)은, 도1부터 도3에 도시한 바와 같이 유입구와 유출구가 비틀린 위치 관계에 있다. 즉, 회전축(2)의 회전 방향에 수직인 평면에서, 대략 L자 형상을 갖는다. 중간용 토출관(39)과 고압용 흡입관(41)을 접속하는 중간관(40)은 대략 U자 형상을 갖는다. 이러한 관은 모두 용접에 의해 접속된다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이, 흡기관(37)의 형상으로부터 어큐뮬레이터(36)는 그 장축이 관통 구멍(42)의 배열 방향과 다른 각도에서 설치된다. 그 각도차는 20°이상으로 하였다.
흡기관(37)을 대략 L자로 하였으므로, 중간관(40)은 종래의 복잡한 형상으로 하지 않고 U자 형상으로 중간용 토출관(39)과 고압용 흡입관(41)을 접속할 수 있다. 이 때문에, 흡기관(37)과 중간관(40)을 일치시킨 가스 냉매의 유동 거리를 단축시킬 수 있어, 유체 손실을 저감시킨다. 또한, 도2에 도시한 바와 같이 중간관(40)의 최외주는 어큐뮬레이터(36)의 최외주보다도 작게 할 수 있고, 콤팩트성도 우수하다.
또한, 관통 구멍(42)을 일렬로 형성하였으므로, 도2의 화살표 C로 나타낸 바와 같이 저압용 흡입관(38), 중간용 토출관(39), 고압용 흡입관(41)을 일방향화로부터 압입할 수 있으므로 압입 행정을 간략화할 수 있다. 관통 구멍(42)과 접속관(43) 혹은 접속관(43)과 저압용 흡입관(38), 중간용 토출관(39), 고압용 흡입관(41)과의 용접도, 일방향으로부터의 용접이 가능해지므로 위치 결정 등의 행정을 간략화할 수 있다. 또한, 중간관(40)과 어큐뮬레이터(36)의 각도차가 20°이상이기 때문에, 용접시의 작업성도 우수하다. 이들 효과에 의해, 본 발명은 배관의 유체 손실을 저감시킨 후, 생산성을 향상시킬 수 있다.
이후, 도4, 도5를 이용하여 본 발명의 응용예를 설명한다. 응용예에서는 저압용 흡입관(38), 중간용 토출관(39), 고압용 흡입관(41)을 몸통부(22)의 내측의 외경(Φd)을 몸통부(22)의 외측의 외경(ΦD)보다도 작게 성형하였다. 즉, 교축 혹은 확관에 의해 상이한 직경으로 성형하였다. 마찬가지로 접속관(43)도 몸통부(22)의 내측의 외경을 외측의 외경보다도 작게 하고, 저압용 흡입관(38), 중간용 토출관(39), 고압용 흡입관(41)의 외형에 따른 형상으로 하였다.
이 때문에, 실린더(10)나 부베어링(19)의 치수에 의해 Φd가 제약을 받더라도, ΦD를 자유자재로 확대할 수 있기 때문에 배관 부분의 유체 손실을 저감시킬 수 있다. 또한, 동일한 ΦD, 관통 구멍(43) 사이의 거리의 것에 비해, 몸통부(22)에 마련하는 관통 구멍 직경(Φd')을 작게 할 수 있기 때문에, 도4의 파선으로 나타낸 몸통부(22)의 관통 구멍(43) 사이의 단면적을 증대, 밀폐 용기(13)의 내압을 향상시킬 수 있다.
또한, 도4, 도5에 도시한 바와 같이, 관통 구멍(43)을 성형하는 부분(44)을 돌출시켜 성형함으로써, 밀폐 용기(13)의 내압에 의해 변형을 제어할 수 있는 내압성을 향상시킨다.
다음에, 도6, 도7을 이용하여 본 발명의 응용예를 설명한다. 본 응용예는 중간관(40)에 인젝션관(45)을 설치한 것이다. 도7에 도시한 바와 같이 인젝션관(45)은 압축기(1)의 상면에서 보아 중간관(40)의 중심축에 대해 어큐뮬레이터(36)와 역방향에 설치된다. 인젝션관(45)의 외경은 중간관(40)의 외경보다도 작고, 부착 위치는 고압용 흡입관(41)에 가까워지도록 설치하였다. 또한, 인젝션관(45)의 높이는 단부판부(9a)보다도 상부가 되도록 설정하였다.
응용예의 인젝션 사이클을 도8을 이용하여 설명한다. 이 공기 조화기는 인젝션 사이클이다. 본 발명을 적용한 로터리식 2단 압축기(1)로부터 토출된 고압(Pd)의 냉매 가스는 응축기(3)에서 응축된 후, 제1 팽창 기구(4a)에서 팽창되고, 중간압(Pm)까지 압력이 감압된다. 이 감압된 냉매는 기액 분리기(6)에서 기체와 액체로 분리된다. 분리된 액냉매는 기액 분리기(6)의 하류에 있는 제2 팽창 기구 (4b)에서 저압(Ps)까지 더 감압된 후, 증발기(16)에서 증발되어 가스 냉매가 된다. 저압(Ps) 가스 냉매는 흡입구(25a)로부터 저압용 압축 요소(20a) 내로 흡입되어 편심부(5a)에 끼워 맞추어진 롤러(11a)가 공전함으로써 중간압(Pm)까지 압축되어 중간관(40)으로 토출된다.
중간관(40)의 가스 냉매는 기액 분리기(6)와 중간 유로(30)가 연통된 인젝션관(45)으로부터 유도되는 중간압(Pm)의 가스 냉매와 혼합된다. 그 후, 흡입구(25b)로부터 고압용 압축 요소(20) 내로 흡입된 중간압(Pm)의 가스 냉매는 편심부(5b)에 끼워 맞추어진 롤러(11b)가 공전함으로써 고압력(Pd)까지 압축되어 토출관(27)으로부터 토출된다.
이와 같은 인젝션 사이클은 증발기(16)에 있어서, 전열 성능이 낮은 가스 냉매를 바이패스하기 때문에, 저압측 압축 요소(20a)로의 여분의 순환 유량을 감소시켜 압축일을 저감시켜 공기 조화기의 성적 계수(COP)를 향상시킨다.
본 응용예에서는 도6, 도7에 도시한 바와 같이, 인젝션관(45)을 어큐뮬레이터(36)의 역방향에 설치하였으므로, 양자 사이에서의 열이동을 제어할 수 있어 안정된 작동을 가능하게 한다. 또한, 상기 배치에 의해, 인젝션관(45) 혹은 어큐뮬레이터(45)의 용접성도, 작업성도 우수하다.
본 발명에 따르면, 중간관에서의 유체 손실을 저감시킬 수 있고, 저압용 흡입관, 중간용 토출관, 고압용 흡입관의 압입 행정이 용이하게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 접속관을 상이한 직경으로 함으로써, 상기 이점을 확보한 후 내압성을 향상시킨다.

Claims (3)

  1. 밀폐 용기 내에, 전동기와, 그 전동기에서 구동되어 2개의 편심부를 갖는 회전축과, 이 회전축이 관통하는 구획판을 거쳐서 설치된 2개의 압축실에 상기 편심부의 편심 회전에 의해 공전 운동하는 롤러를 각각 구비한 저압용 압축 요소와 고압용 압축 요소를 갖는 회전 압축 요소와, 상기 저압용 압축 요소의 압축실과 상기 고압용 압축 요소의 압축실에 연통하고 상기 밀폐 용기의 내부 공간과 이격된 중간 공간과, 상기 밀폐 용기에 설치된 상기 회전축의 길이 방향에 따라 열 형상으로 마련된 복수의 관통 구멍과, 이 관통 구멍을 통과하여 상기 저압용 압축 요소에 연통하는 저압용 흡입관과, 다른 관통 구멍을 통과하여 상기 중간 공간에 연통하는 중간용 토출관과, 또 다른 관통 구멍을 통과하여 상기 고압용 압축 요소에 연통하는 고압용 흡입관을 구비한 로터리식 2단 압축기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전축과 동일 방향의 장축을 갖는 어큐뮬레이터와, 상기 어큐뮬레이터와 상기 저압용 흡입관을 연통하는 대략 L자 형상의 흡입관과, 상기 중간용 토출관과 상기 고압용 흡입관을 연통하는 대략 U자 형상의 중간관을 구비하고, 상기 어큐뮬레이터의 장축과 관통 구멍의 배열축이 상기 회전축의 회전축에서 보아 다른 각도인 로터리식 2단 압축기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 관통 구멍에 외접하고, 각각 상기 저압용 흡입관, 상 기 중간용 토출관, 혹은 상기 고압용 흡입관에 내접하는 대략 원통 형상의 접속관을 구비하고, 상기 저압용 흡입관, 상기 중간용 토출관, 혹은 상기 고압용 흡입관의 외경은 상기 밀폐 용기에 대해 내측 부분이 외측 부분보다도 작은 직경이 다른 형상을 갖고, 상기 접속관은 상기 저압용 흡입관, 상기 중간용 토출관, 혹은 상기 고압용 흡입관의 외형에 따르도록 밀폐 용기에 대하여 내측 부분의 외경이 외측 부분의 외경보다도 작은 직경이 상이한 형상을 갖는 로터리식 2단 압축기.
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