KR20080003722A

KR20080003722A - 회전식 압축기와 이를 사용한 냉동 사이클 장치

Info

Publication number: KR20080003722A
Application number: KR1020070066040A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 히라야마; 다케시 지넨
Original assignee: 도시바 캐리어 가부시키 가이샤
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2008-01-08
Also published as: CN100540901C; KR100866439B1; CN101100999A; JP2008014150A; JP4864572B2

Abstract

본 발명은 고효율의 회전식 압축기를 제공하는 것으로, 본 회전식 압축기는 1 실린더형의 회전식 압축기(2)의 실린더실(12)의 내경을 Dcy, 실린더(10)의 높이를 H, 회전축(4)의 편심부(4c)의 축 직경을 Dcr, 회전축(4)의 편심부(4c)와 롤러(13)의 축방향의 접촉 길이를 L로 했을 때, H/Dcy≤0.4, L/Dcr≥0.6이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 압축기와 이를 사용한 냉동 사이클 장치{ROTARY-TYPE COMPRESSION APPARATUS AND REFRIGERATION CYCLE APPARATUS USING IT}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기, 냉동 사이클 장치의 개념도,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기의 H/D와 냉매 누출량의 상관선도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기의 H/D와 블레이드의 슬라이딩 손실의 상관선도,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기의 L/Dcr과 크랭크축부 슬라이딩 손실의 상관선도,

도 5는 본 발명의 제 2 실시예의 회전식 압축기의 종단면도,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기의 부베어링의 제 1 변형예의 종단면도,

도 7은 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기의 부베어링의 제 2 변형예의 종단면도, 및

도 8은 본 발명의 제 1 실시예의 회전식 압축기의 압축기부의 변형예의 종단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 회전식 압축기 2: 압축기부

3: 밀폐 케이스 4: 회전축

4a: 주축부 4b: 부축부

4c: 편심부 5: 전동기부

8: 주베어링 9: 부베어링

10: 실린더 12: 실린더실

13: 롤러 15: 블레이드홈

16: 블레이드 21: 냉동 사이클 장치

22: 응축기 23: 팽창장치

24: 증발기

본 발명은 회전식 압축기와 이를 이용한 냉동 사이클 장치에 관한 것으로서, 특히 압축기부의 구조를 개량한 회전식 압축기와 이를 이용한 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기조화기나 냉동기 등에 사용되는 압축기에는 회전식 압축기가 있다. 상기 회전식 압축기는 실린더와, 상기 실린더 내에 설치되고 회전축의 편심부를 따라 편심 회전하는 롤러와, 실린더를 고압실과 저압실로 간막이하고 상기 롤 러의 편심 회전 운동에 따라서 왕복 운동하는 베인(vane)을 구비한다.

한편, 이와 같은 회전식 압축기에는 에너지 절감화를 실현하기 위해 고압축 효율이 요구되고, 상기 고압축 효율의 실현에는 압축기부의 효율 향상이 필요하다.

상기 압축기부의 효율 향상을 위해, 압축기부의 압축실을 형성하는 구성 부품이 최적 설계점 내에 모아지는 디멘션(demension)으로 할 필요가 있다.

회전식 압축기의 배제 용적(V)은 실린더 내경을 Dcy, 실린더 높이를 H, 크랭크 편심량을 e로 하면,

인 식에서 얻어진다.

상기 식에서 배제 용적이 일정한 것에서는 하나의 구성인자, 예를 들어 실린더의 높이(H)의 조건을 바꾸면, 크랭크 편심량(e), 또는 실린더 내경(Dcy)을 바꿀 필요가 있고, 순수하게 하나의 구성 인자의 영향을 보는 것은 곤란해진다.

그래서, 실린더 내경을 D, 실린더 높이를 H, 롤러에 편심 회전을 부여하는 회전축의 편심량을 e로 했을 때,

으로서, 압축 효율의 향상을 도모한 회전식 압축기가 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-144976호에서 제안되어 있다.

그러나, 상기 일본 공개특허공보 평8-144976호에 제안되어 있는 회전식 압축기는 H/D의 범위에 대해서는 고려하고 있지만, H/D와 시일부(sealed portion)로부 터의 냉매의 누출량과의 상관, H/D와 블레이드의 슬라이딩 손실의 상관, L/Dcr(회전축의 편심부의 축 직경)과 크랭크축부의 슬라이딩 손실의 상관이 고려되어 있지 않으므로, 압축 효율의 향상에는 개량의 여지가 있었다.

예를 들어, 종래의 회전식 압축기의 실제의 제품에서, 실린더의 갯수별(1실린더형, 2실린더형) 및 사양별의 H/Dcy, L/Dcr은 표 1에 나타낸 바와 같이, 소정의 범위로 한정되어 있지 않다.

따라서, 본 발명은 회전식 압축기의 압축 효율에는 Dcy 및 H 외에, Dcr 및 L이 큰 영향을 주는 것을 발견하고, H/Dcy, L/Dcr의 범위를 한정함으로써 고효율의 회전식 압축기를 실현할 수 있다는 견지에 기초하는 것이다.

본 발명은 상술한 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 고효율의 회전식 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 고효율의 냉동 사이클 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 회전식 압축기는 실린더실을 형성하는 실린더와, 회전축의 편심부에 걸어 맞추어 실린더실내를 편심 회전하는 롤러를 구비하는 압축기구부를 1개 구비한 1 실린더형의 회전식 압축기에서, 상기 실린더실의 내경을 Dcy, 실린더의 높이를 H, 회전축의 편심부의 축직경을 Dcr, 회전축의 편심부와 롤러의 축방향의 접촉 길이를 L로 했을 때, H/Dcy≤0.4, L/Dcr≥0.6이 되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 냉동 사이클 장치는 상기 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 1 실시예에 관한 회전식 압축기 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 회전식 압축기 및 이를 사용한 냉동 사이클 장치의 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치(21)는 본 제 1 실시예의 회전식 압축기(1), 응축기(22), 팽창장치(23), 증발기(24)를 사이클 형상으로 연통하여 형성된다.

회전식 압축기(1)는 1개의 로터리식 압축 장치(2)를 구비한 1실린더형이고, 압축기부(2)를 밀폐 케이스(3) 내의 하부에 수용하고, 압축기부(2)를 회전축(4)에 의해 구동하는 전동기부(5)를 상부에 수용하여 구성된다.

상기 전동기부(5)는 밀폐 케이스(3) 내에 압입하여 고정되는 스테이터(6)와 상기 스테이터(6) 내에 수용되는 로터(7)로 구성된다.

로터(7)를 지지하는 회전축(4)은 압축기부(2)의 주베어링(상부 베어링)(8)에 의해 주축부(4a)가, 부베어링(9)(하부 베어링)에 의해 부축부(4b)가 각각 회전 자유롭게 지지된다.

주베어링(8)과 부베어링(9)은 실린더(실린더 블록)(10)를 양측으로부터 끼우도록 설치되고, 실린더(10)로의 고정은 나사(11)에 의해 실린더(10)에 나사 결합됨으로써 실시된다.

압축기부(2)의 실린더(10) 내에는 실린더 보어(cylinder bore)에 의해 구획되는 실린더실(12)이 형성되고, 상기 실린더실(12)에 롤러(13)가 수용된다. 롤러(13)는 회전축(4)의 편심부(4c)에 걸어 맞추어지고, 회전축(4)의 회전 구동에 따라 실린더실(12)내를 전동(轉動)하면서 편심 회전된다.

편심부(4c)의 하부에 연이어 설치되는 부축부(4b)는 이 부축부(4b)의 축 직경(d)이 회전축(4)(주축부(4a))의 축 직경보다도 작게 형성되고, 또한 편심부(4c)의 반편심측 외주면(4c1)은 부축부(4b)의 외주면(4b1)과 일치하고 있다. 또한, 부베어링(9)의 하단면에는 부축부(4b)를 통하여 회전축(4)의 스러스트 하중을 받는 스러스트 지지 부재(14)가 설치된다.

또한, 압축기부(2)는 실린더 보어의 내주면(실린더 내주면)보다 반경 방향 외측으로 연장되는 블레이드홈(15)이 형성되고, 상기 블레이드홈(15)에 블레이드(16)가 롤러(13)를 억압하도록 스프링(17)에 의해 부세되어 수용되고, 상기 블레이드(16)에 의해 실린더실(12)은 모두 도시하지 않은 흡입측 챔버와 압축측 챔버로 구획된다.

실린더(10)에는 블레이드홈(15)을 끼운 양측에 흡입관(18)에 연통하는 흡입 구(도시하지 않음)가 설치되고, 주베어링(8)에는 토출구(19)가 각각 설치된다.

다음에 실린더실(12)의 내경(Dcy), 실린더(10)의 높이(H), 편심부(4c)의 축 직경(Dcr), 편심부(4c)와 롤러(13)의 축 방향의 접촉 길이(L)의 상관 및 각 디멘션에 대해서 설명한다.

발명자 등의 연구에 의하면 도 2에 도시한 바와 같이, 동일 배제 용적, 동일 편심량인 회전식 압축기에서의 H/Dcy와 냉매의 누출량의 관계는 H/Dcy가 증가함에 따라, 거의 직선적으로 누출량은 증대하는 것을 알 수 있다. 그 이유는 H/Dcy가 커지면, 지배적인 누출부인 롤러와 실린더 사이의 시일 길이가 증가하고 그 부분에서의 누출량이 증대되기 때문이다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이 동일 배제 용적, 동일 편심량인 회전식 압축기에서의 H/Dcy와 블레이드 측면 및 선단부의 슬라이딩 손실의 관계는 H/Dcy가 증가함에 따라서 블레이드의 슬라이딩 손실은 거의 직선적으로 증대하는 것을 알 수 있다. 그 이유는 H/Dcy가 증가하면, 블레이드 측면 및 배면에 작용하는 하중이 증가하고, 블레이드홈간 및 블레이드 선단에서의 슬라이딩 손실이 증대하기 때문이다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이 L/Dcr과 편심축부 슬라이딩 손실의 관계는 L/Dcr이 감소되면 슬라이딩 손실은 급격하게 증가하는 것을 알 수 있다.

이들을 구체적으로 설명하면 도 2에 도시한 바와 같이 H/Dcy≤0.4로 함으로써, 롤러와 실린더 사이에서의 누출량을 감소시킬 수 있고, 또한 도 3에 도시한 바와 같이, H/Dcy≤0.4로 함으로써, 블레이드의 슬라이딩 손실을 작게 할 수 있고, 또한 도 4에 도시한 바와 같이, L/Dcr≥0.6으로 함으로써, 편심축부 슬라이딩 손실을 대폭 감소시킬 수 있다.

이들의 견지에 기초하여 본 발명을 완성시키는 데에 이른 것이고, Dcy, H, Dcr, L과의 관계를

으로 설정한 것이다. 효율 향상에는 L/Dcr을 어느 정도 크기로 할 필요가 있고, H/Dcy를 작게 하면 L/Dcr을 크게 잡기 어렵다는 문제가 있지만, 본 발명에 의하면 효율의 저하를 초래하지 않고 Dcy, L, Dcr의 값을 설정하는 것이 가능하고 롤러와 실린더 사이에서의 누출량의 감소, 블레이드의 슬라이딩 손실의 감소 및 편심축부 슬라이딩 손실의 감소를 도모하고, 회전식 압축기의 고효율화를 도모할 수 있다.

본 제 1 실시예의 회전식 압축기에 의하면, 고효율인 회전식 압축기가 실현된다.

또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치에 의하면 고효율인 냉동 사이클 장치가 실현된다.

다음에 본 발명의 제 2 실시예의 회전식 압축기에 대해서 설명한다.

본 제 2 실시예는 제 1 실시예가 1개의 압축기부를 구비한 1 실린더형인 것에 대해, 2개의 압축 기구부를 구비한 2실린더형의 회전식 압축기이다.

예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이 본 제 2 실시예의 회전식 압축기(1A)는 간막이 부재(25A)를 통하여 동일한 구조의 2조의 압축 기구부(2A1, 2A2)를 구비한다.

하측의 압축 기구부(2A2)를 예로 들어 설명하면, 실린더실(12)의 내경(Dcy), 실린더(10)의 높이(H), 편심부(4c)의 축 직경(Dcr), 편심부(4a)와 롤러(13)의 축방향의 접촉 길이(L)의 상관 및 각 디멘션을 다음과 같이 설정한다.

본 제 2 실시예의 회전식 압축기에서는 실린더(10)를 2개 가지므로, Dcy에 대한 H는 1실린더형에 비해 실질 2배(실린더가 동일 형상인 경우)가 된다. 그 때문에, 높은 효율을 얻는 데에는 H/Dcy를 보다 작게 할 필요가 있다. 단, H/Dcy를 작게 하는 경우, L/Dcr을 크게 하는 것이 곤란해지므로, 본 제 2 실시예의 회전식 압축기의 경우에는 H/Dcy 및 L/Dcr을 H/Dcy≤0.3, L/Dcr≥0.5로 한 편이 보다 고효율이 실현된다.

다른 구성은 도 1에 도시한 회전식 압축기와 다르지 않으므로 동일한 부호를 붙여 설명은 생략한다.

또한, 제 1 실시예의 부베어링의 제 1 변형예에 대해서 설명한다.

본 제 1 변형예는 제 1 실시예의 부베어링부를 지지하는 부베어링이 평면 베어링(plain bearing)인데 대해, 부베어링에 롤링 베어링을 설치한다.

예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 본 제 1 변형예의 부베어링(9B)에는 부축부(4b)를 지지하는 롤링 베어링(9Ba)이 설치된다.

H/Dcy≤0.4, L/Dcr≥0.6을 만족하고자 하면, 필연적으로 부하에 대한 편심부(4c)의 축 직경(Dcr)을 작게 할 필요가 있고, Dcr이 작아지면 롤러(13)를 편심축(4a)에 걸어 맞추기 위해서는 부축부(4b)의 축직경(d)도 작게 할 필요가 있다. 이 축직경(d)을 작게 하면, 롤링 베어링에서는 마모, 눌러붙음 등을 일으키기 쉬워지고 신뢰성의 저하를 초래하는 측면이 있다. 부축부(4b)의 베어링에 롤링 베어링(9Ba)을 사용함으로써 윤활하기 쉽고 마모 계수를 작게 하고 마모, 눌러붙음 등을 없애고, 축 직경(d)이 작아져도 신뢰성이 저하되지 않고 고효율의 회전식 압축기가 실현된다. 롤링 베어링으로서는 도시한 볼 베어링 외에, 롤러 베어링, 니들 베어링(needle roller bearing) 등이어도 좋다.

또한, 제 1 실시예의 부베어링의 제 2 변형예에 대해서 설명한다.

본 제 2 실시예는 제 1 실시예의 부축부에 원통형상 부싱(cylindrical bushing)을 외장한다.

예를 들어, 도 7에 도시한 바와 같이 본 제 2 변형예의 부베어링(9C)에는 부축부(4b)에 외장된 원통형상 부싱(4Bb)을 지지하는 대구경의 베어링(9Ca)이 설치된다. 또한, 이 경우, 회전축(4)의 편심부(4c)에 롤러(13)를 걸어 맞춘 후, 부축부(4b)에 원통형상 부싱(4Bb)을 외장함으로써 롤러(13)의 조립 작업에 악영향을 주지 않는다.

이에 의해, 부축부(4b)의 축 직경을 크게 한 것과 실질적으로 동일한 효과가 얻어지고, 평면 베어링(9Ca)을 사용해도 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제 1 실시예의 압축기부의 변형예에 대해서 설명한다.

본 변형예는 제 1 실시예가 주베어링, 부베어링의 2개의 베어링을 구비하는 것에 대해서, 부베어링을 제거하고 주베어링만으로 한다.

예를 들어, 도 8에 도시한 바와 같이 본 변형예의 압축기부(2D)는 회전축(4D)에는 부축(副軸)을 설치하지 않고, 부축부를 지지하는 부베어링도 설치하지 않는다. 부베어링 대신, 실린더실(12)을 구획하고, 회전축(4D)의 스러스트력(thrust force)을 받는 폐쇄판(26D)을 설치하고, 또한 주베어링(8D)은 제 1 실시예의 주베어링에 비해 베어링 구경, 길이를 충분하게 취한다.

이에 의해, 신뢰성을 확보하고 부베어링이 없는 캔틸레버 구조로 함으로써, 부축부의 축 직경의 설계적 제약을 없애고 H/Dcy≤0.4, L/Dcr≥0.6을 만족하기 쉬워지고 고효율, 저비용의 회전식 압축기를 실현할 수 있다.

또한, 부베어링의 제 1 변형예, 제 2 변형예 및 부베어링을 제거하는 압축기부의 변형예를 제 1 실시예의 회전식 압축기를 예로 들어 설명했지만, 제 2 실시예의 회전식 압축기에도 적용할 수 있다.

본 발명에 관한 회전식 압축기에 의하면 고효율인 회전식 압축기를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 냉동 사이클 장치에 의하면 고효율의 냉동 사이클 장치를 제공할 수 있다.

Claims

실린더실을 형성하는 실린더와 회전축의 편심부에 걸어 맞추어 실린더실 내를 편심 회전하는 롤러를 구비하는 압축기구부를 1개 구비한 1 실린더형의 회전식 압축기에 있어서,

상기 실린더실의 내경을 Dcy, 실린더의 높이를 H, 회전축의 편심부의 축 직경을 Dcr, 회전축의 편심부와 롤러의 축방향의 접촉 길이를 L로 했을 때, 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.

(수학식 1)
실린더실을 형성하는 실린더와 회전축의 편심부에 걸어 맞추어 실린더실 내를 편심 회전하는 롤러를 갖는 압축 기구부를 2개 구비한 2 실린더형의 회전식 압축기에 있어서,

상기 실린더실의 내경을 Dcy, 실린더의 높이를 H, 회전축의 편심부의 축 직경을 Dcr, 회전축의 편심부와 롤러의 축방향의 접촉 길이를 L로 했을 때, 하기 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.

(수학식 2)
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회전축의 주축부를 지지하는 주베어링과 상기 회전축의 부축부를 지지하는 부베어링을 구비하고, 부축부와 부베어링 사이에 롤링 베어링을 갖는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 회전축의 주축부를 지지하는 주베어링과 상기 회전축의 부축부를 지지하는 부베어링을 구비하고, 상기 회전축의 편심부에 롤러가 걸어 맞추어지고, 상기 회전축의 부축부에 원통형상의 부싱이 외장되어 있는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 압축기, 응축기, 팽창장치 및 증발기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.