KR20090048255A - 로터리식 2단 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밀폐 용기, 밀폐 용기 내부에 구비되며, 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 저압 압축 어셈블리, 중간판 및 고압 압축 어셈블리가 순차로 적층된 2단 압축 어셈블리, 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매를 토출하는 제1 토출 포트, 고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 토출하는 제2 토출 포트 및 2단 압축 어셈블리의 상부 및 하부 중 어느 하나에 위치하며, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 밀폐 용기로 토출하는 제3 토출 포트를 포함하며, 제3 토출 포트의 면적은 제1 토출 포트의 면적의 0.5배보다 크고, 1.0배보다 작은 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 저압 압축 어셈블리에서 압축된 냉매의 체적 유량이 전체 2단 압축 어셈블리에서 압축된 냉매의 체적 유량을 결정하므로, 전체 2단 압축 어셈블리에서 압축된 냉매를 토출하는 제3 토출 포트의 크기도 제1 토출 포트의 크기에 대한 비로 최적화되는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 구성을 통해, 제3 토출 포트의 크기를 최적화하여, 압축기의 소음을 저감할 수 있다.
머플러, 토출 포트, 면적 비, 소음, 진동, 상부 커버, 베어링 커버

Description

로터리식 2단 압축기{2 STAGE ROTARY COMPRESSOR}
도 1은 종래의 로터리식 2단 압축기의 일 예를 도시한 도면;
도 2는 종래의 로터리식 트윈 압축기의 일 예를 도시한 도면;
도 3은 로터리식 2단 압축기가 포함되는 싸이클의 일 예를 도시한 개략도;
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 저압 압축 어셈블리를 도시한 도면;
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부를 상방 및 하방에서 도시한 도면;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부를 절개한 도면;
도 9는 본 발명의 로터리식 2단 압축기가 구비하는 회전축의 일 예를 도시한 도면;
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인젝션 관이 설치된 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면;
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 제1 토출 포트를 구비하는 하부 베어링을 도시한 도면;
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제2 토출 포트를 구비하는 상부 베어링을 도시한 도면;
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기가 구비하는 제3 토출 포트가 형성된 상부 베어링의 일 예를 도시한 도면;
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면,
도 15는 종래의 로터리식 2단 압축기의 소음 스펙트럼을 나타낸 그래프;
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 소음 스펙트럼을 나타난 그래프;
도 17은 제3 토출 포트 및 제1 토출 포트의 비에 따른 성능, 소음 및 최적화 곡선을 나타낸 그래프.
본 발명은 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 냉매를 밀폐 용기로 토출하는 머플러의 토출 포트의 크기가 소정 범위 이내로 제한된 로터리식 2단 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 압력을 높여주는 기계장치로써, 냉장고와 에어컨 등과 같은 가전기기 또는 산업전반에 걸쳐 널리 사용되고 있다.
이러한 압축기를 크게 분류하면, 피스톤(Piston)과 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 피스톤이 실린더 내부에서 직선 왕복 운동하면서 냉매를 압축시키는 왕복동식 압축기(Reciprocating compressor)와, 편심 회전되는 롤러(Roller)와 실린더(Cylinder) 사이에 작동가스가 흡,토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 롤러가 실린더 내벽을 따라 편심 회전되면서 냉매를 압축시키는 로터리식 압축기(Rotary compressor)와, 선회 스크롤(Orbiting scroll)과 고정 스크롤(Fixed scroll) 사이에 작동가스가 흡, 토출되는 압축공간이 형성되도록 하여 선회 스크롤이 고정 스크롤을 따라 회전되면서 냉매를 압축시키는 스크롤식 압축기(Scroll compressor)로 나뉘어진다.
특히 로터리식 압축기는, 상, 하부에 두 개의 롤러와 두 개의 실린더를 구비하고, 상, 하부의 롤러와 실린더 쌍이 전체 압축 용량을 일부와, 나머지를 압축하는 로터리식 트윈 압축기 및 상, 하부에 두 개의 롤러와 두 개의 실린더를 구비하고, 두 개의 실린더가 연통되어 한 쌍은 상대적으로 저압의 냉매를 압축하고, 다른 한 쌍은 저압 압축 단계를 지난 상대적으로 고압의 냉매를 압축하는 로터리식 2단 압축기 등으로 더 발전되었다.
대한민국 등록특허공보 특1994-0001355에 로터리식 압축기가 개시되어 있다. 쉘 내부에 전동기가 위치하고, 전동기를 관통하도록 회전축이 설치된다. 또한 전동기의 하부에는 실린더가 위치하고, 실린더의 내부에 회전축에 끼워진 편심부와, 편심부에 끼워진 롤러가 위치한다. 실린더에는 냉매 토출홀과 냉매 유입홀이 형성되고, 냉매 토출홀과 냉매 유입홀 사이에는 압축되지 않은 저압의 냉매가 압축된 고 압의 냉매와 섞이지 않게 하는 베인이 설치된다. 또한 편심되어 회전하는 롤러와 베인이 접촉된 상태를 유지하기 위해, 베인의 일단에는 스프링이 설치된다. 전동기에 의해 회전축이 회전하면 편심부와 롤러가 실린더의 내주를 따라 회전하면서 냉매 가스를 압축하고, 압축된 냉매 가스는 냉매 토출홀을 통해 토출된다.
대한민국 공개특허공보 10-2005-0062995는 로터리식 트윈 압축기를 개시하고 있다. 도 1을 참조하면, 동일용량을 압축하는 2 개의 실린더(1035, 1045)와 중간판(1030)을 구비하여, 압축 용량을 1단 압축기에 비해 2배 향상시켰다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0009958은 로터리식 2단 압축기를 개시하고 있다. 도 2를 참조하면, 압축기(2001)는 밀폐 용기(2013) 내부의 상방에 고정자(2007)와 회전자(2008)를 갖는 전동기(2014)를 구비하고, 전동기에 연결된 회전축(2002)은 2개의 편심부를 구비한다. 회전축(2002)에 대해 전동기(2014)측으로부터 차례로 주베어링(2009), 고압용 압축 요소(2020b), 중간판(2015), 저압용 압축 요소(2020a) 및 부베어링(2019)이 적층되어 있다. 또한 저압용 압축 요소(2020a)에서 압축된 냉매를 고압용 압축 요소(2020b)로 유입하는 중간관(2040)이 개시되어 있다.
종래의 로터리식 트윈 압축기는 머플러에 형성된 토출 포트의 면적이, 두 개의 실린더에서 압축된 냉매가 토출되는 각각의 토출 포트의 합과 같았다. 또한 종래의 로터리식 2단 압축기 역시, 로터리식 트윈 압축기와 마찬가지로, 머플러에 형성된 토출 포트의 면적이 제1 토출 포트 및 제2 토출 포트의 면적의 합과 같거나 크거나, 제1 토출 포트의 면적의 두 배와 같거나 크게 형성되었다. 따라서 로터리 식 2단 압축기의 2단 압축 어셈블리가 토출 행정시 토출하는 냉매의 체적 유량과, 머플러의 토출 포트의 면적이 최적화되지 않아 전반적으로 소음 스펙트럼이 상승되었다.
본 발명은 소음이 저감된 로터리식 2단 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 2단 압축 어셈블리에서 압축된 냉매를 밀폐 용기 내부로 토출하는 토출 포트의 면적이 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매를 토출하는 토출 포트의 면적에 대해 소정 범위 내의 비율을 가지도록 크기가 제한된 로터리식 2단 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 머플러를 구비하며, 머플러에 형성되는 토출 포트의 면적이 소정 범위 내에 있는 로터리식 2단 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 밀폐 용기, 밀폐 용기 내부에 구비되며, 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 저압 압축 어셈블리, 중간판 및 고압 압축 어셈블리가 순차로 적층된 2단 압축 어셈블리, 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매를 토출하는 제1 토출 포트, 고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 토출하는 제2 토출 포트 및 2단 압축 어셈블리의 상부 및 하부 중 어느 하나에 위치하며, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 밀폐 용기로 토출하는 제3 토출 포트를 포함하며, 제3 토출 포트의 면적은 제1 토출 포트의 면적의 0.5배보다 크고, 1.0배보다 작은 것 을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 저압 압축 어셈블리에서 압축된 냉매의 체적 유량이 전체 2단 압축 어셈블리에서 압축된 냉매의 체적 유량을 결정하므로, 전체 2단 압축 어셈블리에서 압축된 냉매를 토출하는 제3 토출 포트의 크기도 제1 토출 포트의 크기에 대한 비로 최적화되는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 구성을 통해, 제3 토출 포트의 크기를 최적화하여, 압축기의 소음을 저감할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 2단 압축 어셈블리의 상부에 위치하며, 제2 토출 포트에서 토출된 냉매가 일시적으로 저장되는 머플러를 더 포함하고, 제3 토출 포트는 머플러에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매가 밀폐 용기 내부로 토출되기 전에, 진동 및 소음이 저감되어 토출될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 머플러는 베어링 및 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 머플러가 2단 압축 어셈블리를 밀폐 용기 내부에 고정하고 지지하는 베어링과 베어링을 덮는 커버로 이루어지므로, 압축기의 크기를 줄일 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 제3 토출 포트는 2개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 고압의 냉매가 복수 개의 토출 포트를 통해 분산되어 밀폐 용기로 토출되므로, 진동 및 소음을 더욱 저감할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 제1 토출 포트를 통해 토출된 중간압의 냉매를 고압 압축 어셈블리로 안내하는 유로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유로는 밀폐 용기를 관통하는 U자형 관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유로는 2단 압축 어셈블리 내부에 가공된 홀에 의해 형성되는 내부 유로인 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다. 이러한 구성을 통해, 중간압의 냉매가 내부 유로를 지나므로, 압축기의 진동 및 소음을 더욱 저감할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 일 양태로서, 유로에 결합되는 인젝션 관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명은 밀폐 용기, 밀폐 용기 내부에 구비되며, 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 저압 압축 어셈블리, 중간판 및 고압 압축 어셈블리가 순차로 적층된 2단 압축 어셈블리, 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매를 토출하는 제1 토출 포트, 고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 토출하는 제2 토출 포트 및 2단 압축 어셈블리의 상부 및 하부 중 어느 하나에 위치하며, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 밀폐 용기로 토출하는 제3 토출 포트를 포함하며, 제3 토출 포트의 면적은 제2 토출 포트의 면적의 0.5배보다 크고, 1.0배보다 작은 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
또한 본 발명은 제2 토출 포트는, 제1 토출 포트의 지름의 0.5 내지 1배 사이의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기를 제공한다.
도 3은 로터리식 2단 압축기가 구성하는 냉동 사이클의 일 예를 도시한 개략도이다. 난방 사이클은 로터리식 2단 압축기(100), 응축기(300), 증발기(400), 상분리기(500: phase seperator), 4방 밸브(600)와 같은 부품들을 포함한다. 이 중 응축기(300)는 실내 유닛을 구성하고, 압축기(100), 증발기(400), 상분리기(500)는 실외 유닛을 구성한다. 압축기(100)에서 압축된 냉매는 4방 밸브(600)를 거쳐 실내기의 응축기(300)로 유입되어, 압축된 냉매 기체가 주위와 열교환하며 응축된다. 응축된 냉매는 팽창밸브를 거치며 저압이 된다. 팽창밸브를 거친 냉매는 상분리기(500)에서 기체와 액체로 분리되어, 액체는 증발기(400)로 유입된다. 액체는 증발기(400)에서 열교환을 하며 증발하여, 기체 상태로 어큐뮬레이터(200)로 유입되고, 어큐뮬레이터(200)에서 압축기(100) 냉매유입관(151)을 통해 저압 압축 어셈블리(미도시)로 유입된다. 또한 상분리기(500)에서 분리된 기체는 인젝션 관(153)을 통해 압축기(100)로 유입된다. 압축기(100)의 저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매와, 인젝션 관(153)을 통해 유입된 냉매는 압축기(100)의 고압 압축 어셈블리(미도시)로 유입되어 고압으로 압축된 뒤, 냉매토출관(152)을 통해 다시 압축기(100)의 외부로 토출된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기(100)는 밀폐 용기(101) 내에 하부로부터, 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130) 및 전동기(110)를 포함한다. 또한 밀폐 용기(101)를 관통하며, 어큐뮬레이터(200)와 연결된 냉매 유입관(151) 및 압축된 냉매를 밀폐 용기의 외부로 토출하는 냉매 토 출관(152)을 포함한다.
전동기(110)는 스테이터(111), 로터(112) 및 회전축(113)을 포함한다. 스테이터(111)는 링 형상의 전자 강판을 적층한 라미네이션과 라미네이션에 권선된 코일을 구비한다. 로터(112)도 전자 강판을 적층한 라미네이션을 구비한다. 회전축(113)은 로터(112)의 중앙을 관통하며, 로터(112)에 고정된다. 전동기(110)에 전류가 인가되면, 스테이터(111)와 로터(112) 사이의 상호전자기력에 의해 로터(112)가 회전하며, 로터(112)에 고정된 회전축(113) 또한 로터(112)와 함께 회전한다. 회전축(113)은 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130)의 중앙부를 관통하도록 로터(112)로부터 저압 압축 어셈블리(120)까지 뻗어있다.
저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)는, 중간판(140)을 사이에 두고, 하부로부터 저압 압축 어셈블리(120)-중간판(140)-고압 압축 어셈블리(130) 순으로 적층될 수 있다. 또한 반대로 하부로부터 고압 압축 어셈블리(120)-중간판(140)-고압 압축 어셈블리(130) 순으로 적층될 수도 있다. 또한 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 적층 순서와 관계없어, 적층된 어셈블리의 하부 및 상부에는 각각 하부 베어링(161) 및 상부 베어링(162)이 설치되어 회전축(113)의 회전을 도우며, 수직으로 적층된 2단 압축 어셈블리의 각 부품의 하중을 지지한다. 상부 베어링(162)은 밀폐 용기(101)에 3점 용접되어, 2단 압축 어셈블리의 하중을 지지하고, 밀폐 용기(101)에 고정한다.
저압 압축 어셈블리(120)는 외부로부터 밀폐용기(101)를 관통하여 들어온 냉매유입관(151)이 연결된다. 또한, 저압 압축 어셈블리(120)의 하부에는 하부 베어 링(161) 및 하부 커버(171)가 위치한다. 하부 베어링(161)과 하부 커버(171) 사이에 중간압실(Pm)이 형성된다. 중간압실(Pm)은 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 토출되는 공간이며, 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 유입되기 전에 냉매가 일시적으로 저장되는 공간으로, 저압 압축 어셈블리(120)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 흐르는 유로 상에서 완충 공간의 역할을 한다.
고압 압축 어셈블리(130)의 상부에 위치하는 상부 베어링(162)의 상부에는 토출 포트(미도시)가 설치된다. 상부 베어링(162)의 토출 포트를 통해 고압 압축 어셈블리(130)로부터 토출된 고압의 냉매는 밀폐용기(101)의 상부에 위치한 냉매토출관(152)을 통해 외부로 토출된다.
하부 베어링(161), 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140) 및 고압 압축 어셈블리(130)에는 저압 압축 어셈블리(120)로부터 고압 압축 어셈블리(130)로 냉매가 흐르도록 연결하는 내부유로(180)가 형성된다. 내부유로(180)는 압축기의 축방향과 대략 평행하도록, 수직으로 형성된다.
도 5는 저압 압축 어셈블리(120)의 단면을 도시한 도면이다. 저압 압축 어셈블리(120)는 저압 실린더(121), 저압 편심부(122), 저압 롤러(123), 저압 베인(124), 저압 탄성부재(125), 저압 유입홀(126) 및 중간압 토출홀(127)을 포함한다. 회전축(113)이 저압 실린더(121)의 중앙부를 지나며, 회전축(113)에 저압 편심부(122)가 고정된다. 이때, 저압 편심부(122)는 회전축(113)과 일체로 형성될 수도 있다. 또한 저압 편심부(122)에는 저압 롤러(123)가 회전 가능하게 설치되어, 회전축(113)의 회전에 따라 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121)의 내경을 따라 구르면 서 회전한다. 저압 베인(124)의 양측에 저압 유입홀(126)과 중간압 토출홀(127)이 형성된다. 또한 저압 실린더(121) 내의 공간은 저압 베인(124)과 저압 롤러(123)에 의해 구획되어, 압축 전, 후의 냉매가 저압 실린더(121) 내에 공존한다. 저압 베인(124)과 저압 롤러(123)에 의해 구획되며, 저압 냉매 유입홀(126)이 포함되는 부분을 저압 냉매 유입부(Sl), 중간압 토출홀(127)이 포함되는 부분을 중간압 냉매 토출부(Dm)라 한다. 여기서 저압 탄성부재(125)는 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 접촉을 유지하도록, 저압 베인(124)에 힘을 가해주는 수단이다. 저압 베인(124)이 위치할 수 있도록 저압 실린더(121)에 형성된 베인 홀(124h)은 저압 실린더(121)를 횡방향으로 관통하도록 형성된다. 베인 홀(124)을 통해, 저압 베인(124)이 안내되며, 저압 베인(124)에 힘을 가해주는 저압 탄성부재(125)가 저압 실린더(121)를 관통하여 밀폐 용기(101)까지 연장된다. 저압 탄성부재(125)의 일단은 저압 베인(124)과 접촉하고, 타단은 밀폐 용기(101)와 접촉하여, 저압 베인(124)이 저압 롤러(123)와 접촉을 유지하도록 저압 베인(124)을 밀어준다.
또한 저압 실린더(121)에는 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매가 하부 베어링(161)이 형성하는 중간압실(Pm)을 거쳐 고압 압축 어셈블리(130)로 유입될 수 있도록 중간압 연통홀(120a)이 형성된다. 중간압 연통홀(120a)은 저압 유입홀(126)에 삽입되는 냉매 유입관(151)과 겹치지 않도록, 즉, 내부유로(180)와 냉매 유입관(151)이 겹치지 않도록, 냉매 유입관(151)을 피해 형성된다. 냉매 유입관(151)과 일부 겹치더라도 중간압의 냉매가 중간압실(Pm)로부터 고압 압축 어셈블 리(130)로 유입되도록 형성한다. 그러나, 이 경우 내부유로(180)가 냉매 유입관(151)에 겹쳐지는 단면적만큼 손실을 볼 수 있으므로 바람직한 것은 아니다. 또한 냉매가 냉매 유입관(151) 주변을 우회하면서, 압력이 저하될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 회전축(113)의 회전에 의해 저압 편심부(122)가 회전하고, 저압 롤러(123)가 저압 실린더(121)를 따라 구르면, 저압 유입부(Sl)의 체적이 늘어나면서 저압 유입부(Sl)가 저압이 되므로, 저압 유입홀(126)을 통해 냉매가 유입된다. 반면, 중간압 토출부(Dm)의 체적은 줄어들면서, 중간압 토출부(Dm)에 채워진 냉매가 압축되어, 중간압 토출홀(127)을 통해 토출된다. 저압 편심부(122)와 저압 롤러(123)의 회전에 따라 저압 유입부(Sl)와 중간압 토출부(Dm)의 부피는 계속 변하며, 1회전 시마다 압축 냉매를 토출하게 된다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 일부이다. 하부로부터 순차로, 하부 베어링(161), 저압 압축 어셈블리(120), 중간판(140), 고압 압축 어셈블리(130)가 적층되어 있다. 전술한 바와 같이, 저압의 냉매가 냉매 유입관(151) 및 저압 유입홀(126)을 통해 저압 실린더(121)로 유입되어 압축된 뒤, 중간압 토출홀(127)을 통해 저압 압축 어셈블리(120)의 하면과 하부 베어링(161) 및 하부 커버(171)에 의해 제한되는 공간인 중간압실(Pm)으로 토출된다. 중간압 토출홀(127)과 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h)이 서로 겹쳐질 수 있도록 하부 베어링(161)에 중간압 토출홀(161h)이 형성되고, 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h) 하부에는 밸브(미도시)가 설치되어 저압 압축 어셈블리(120) 의 중간압 토출부(Dm)에서 압축된 냉매가 소정의 압력까지 압축되면, 중간압실(Pm)로 토출되도록 한다. 중간압실(Pm)로 토출된 냉매는 다시 하부 베어링(161)에 형성된 중간압 연통홀(161a)을 통해, 저압 실린더(121)에 형성된 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)에 형성된 중간압 연통홀(140a)를 지나 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)를 통해 고압 압축 어셈블리(130)로 유입된다. 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 압축 어셈블리의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)은 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 중간압의 냉매가 지나가는 내부유로(180)를 형성한다. 이때, 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)은 고압 실린더(131)의 내부 공간과 연통할 수 있도록, 경사진 홈의 형태로 형성된다. 중간압 유입홈(130a)의 하부 일부는 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)와 맞닿도록 형성되어, 내부유로(180)의 일부를 이루며, 압축된 중간압의 냉매는 중간압 유입홈(130a)을 통해 고압 실린더(131) 내부로 유입된다. 내부유로(180)를 통해, 중간압의 냉매가 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되면, 고압 압축 어셈블리(130)에서는 저압 압축 어셈블리(120)에서와 같은 작동원리로 중간압의 냉매를 고압으로 압축한다.
상기한 바와 같이 중간압의 냉매가 지나가는 내부유로(180)가 별도의 관에 의해 형성되지 않고, 밀폐 용기(101)의 내부에 형성하면, 소음을 저감할 수 있고, 내부유로(180)의 길이를 단축할 수 있어, 저항에 의한 냉매압의 손실을 줄일 수 있다. 또한 상기에서는 중간압실(Pm)이 하부 베어링(161)에 형성되는 일 예를 설명하고 있으나, 중간압실(Pm)은 상부 베어링(162) 및 중간판(140) 중 어느 하나에 형성 될 수도 있다. 이에 따라, 구체적인 구조가 조금씩 달라질 수 있으나, 어느 경우에도 2단 압축 어셈블리 내부에 내부 유로(180)를 형성하여, 내부 유로(180)를 통해 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 중간압의 냉매가 고압 압축 어셈블리(130)로 안내된다. 이러한 구성을 통해, 중간압의 냉매가 안내되는 유로의 길이를 단축하여, 유동 손실을 최소화할 수 있고, 밀폐 용기(101)를 관통하는 연결 관을 지나지 않아 소음 및 진동을 저감할 수 있다.
이때, 냉매 유입관(151)에 의해 내부유로(180)가 가로막히지 않도록, 내부유로(180)를 이루는 저압 압축 어셈블리(120)의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 압축 어셈블리(130)의 중간압 유입홈(130a)는, 압축기(100)의 축방향에서 보았을 때, 냉매 유입관(151)과 이격되어 형성된다.
하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)은 저압 실린더(121)에 연결된 냉매 유입관(151)과 겹쳐져서 막히지 않도록 냉매 유입관(151)이 삽입되는 위치를 피해서 형성된다. 냉매 유입관(151)은 저압 실린더(121)에 형성된 저압 유입홀(126)에 삽입된다. 저압 유입홀(126)은 저압 베인(124: 도 5에 도시)이 삽입되는 저압 베인 삽입홀(124h)에 가깝게 형성된다. 저압 베인(124: 도 5에 도시)에서 저압 유입홀(126)이 멀어질수록, 저압 실린더(121)의 내부 공간 중에서 냉매의 압축에 기여하지 못하는 사체적이 커지기 때문이다.
또한 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)은 고압 실린더(131)의 하부로부터 상부까지 관통하도록 형성되지 않고, 고압 실린더(131)의 하부로부터 고압 실린더(131)의 내부 공간으로 연통하도록 비스듬하게 형성된다. 이때, 중간압 유입 홈(130a)은 고압 베인(미도시)이 삽입되는 고압 베인홀(134h)에 가깝게 형성된다. 저압 압축 어셈블리에서와 마찬가지로, 중간압 유입홈(130a)이 고압 베인(미도시)에 가깝게 형성되어야 고압 실린더(131) 내부 공간에서 사체적을 줄일 수 있기 때문이다.
저압 베인(124)과 고압 베인(미도시)은 동일 축 상에 위치한다. 따라서, 하부 베어링(161)에 형성된 중간압 연통홀(161a)과 고압 실린더(131)에 형성된 중간압 유입홈(130a)이 동일 축 상에 형성되지 못하고, 수평방향 위치가 서로 이격되어 형성된다. 본 발명의 제3 실시예에서는 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 고압 실린더(131)의 중간압 연통홀(130a)을 연결하기 위해, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)가 대략 나선형으로 형성된다. 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)는 나선형으로 서로 겹치도록 형성된다. 즉, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)과 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 겹쳐서 나선형의 연통홀을 형성한다. 이때, 나선형의 연통홀의 일단은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 겹치고, 타단은 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)과 겹친다. 여기서 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)의 일단은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 연결되도록 관통된다. 즉, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 맞닿는 일단이 저압 실린더(121)의 수직 방향으로 관통되도록 형성되고, 중간압 연통홀(120a)의 나머지 부분은, 관통된 일단으로부터 타단으로 갈수록 중간압 연통홀(120a)의 하단 부분이 점차 높아지면서, 전체적으로 나선형으로 형성된다. 또한, 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 이와 반대로, 나선형의 연통홀의 타단, 즉 상부 실린더(130)의 중간압 유입홈(130a)과 겹치는 타단이 중간판(140)의 수직 방향으로 관통되도록 형성된다. 또한, 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a)과 겹치는 일단으로부터 타단으로 갈수록 중간압 연통홀(120a)의 상단 부분이 점차 높아지면서, 전체적으로 나선형으로 형성된다.
저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형으로 형성되면, 냉매가 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)을 따라서 받게 되는 저항이 감소된다는 장점이 있다. 물론 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 나선형뿐만 아니라, 상단 또는 하단의 높이가 변함이 없는 원호(弧)형과 같은 형상으로 형성될 수도 있다.
또한, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형 또는 호형으로 형성되면, 나선형 또는 호형의 중간압 연통홀(120a, 140a)의 중심 부분에 체결 홀(120b, 140b)을 형성할 수 있다. 하부 베어링(161), 저압 실린더(121), 중간판(140), 고압 실린더(131), 상부 베어링(162)는 일반적으로 볼트를 통해 체결된다. 이때, 볼트가 체결되는 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)은 냉매 유입관(151), 중간압 연통홀(161a, 120a, 130a, 162a), 중간압 유입홈(140a) 및 중간압 토출홀(127)과 같은 다양한 부재 및 내부 유로를 피해서 형성되어야 한다. 또한 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)은 적어도 세 곳 이상에 형성되어야 하며, 체결력을 전체 압축기 어셈블리(105)에 고르게 분산할 수 있어야 한다. 이때, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)은 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)에 비해 길이가 길어, 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 다수 개 형성하는 데 방해가 된다. 따라서, 저압 실린더의 중간압 연통홀(120a) 및 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a)이 나선형 또는 원호형과 같은 형태로 형성되면, 나선형 또는 원호형의 중심에 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 형성할 수 있어, 다수 개의 체결 홀(161b, 120b, 130b, 140b, 162b)을 전체 압축기 어셈블리(105)에 분산 배치하는데 유리하다.
도 9는 본 발명에 따른 로터리식 2단 압축기가 구비하는 회전축의 일 예이다. 회전축(113)에는 저압 편심부(122)와 고압 편심부(132)가 결합되어 있다. 저압 편심부(122)와 고압 편심부(132)는 진동을 저감하기 위해, 일반적으로 180°의 위상차를 가지며 회전축(113)에 결합된다. 또한 회전축(113)은 내부가 비어있는 중공축이며, 저압 편심부(122)의 하부와 고압 편심부(132)의 상부에 오일 연통홀(103a)을 구비한다. 또한, 회전축(113)의 내부에는 나선형으로 휘어진 박판의 스터러(103b)가 삽입된다. 스터러(103b)는 회전축(113) 내부에 끼워지며, 회전축(113)이 회전할 때, 회전축(130)과 함께 회전한다. 회전축(113)의 회전에 의해 스터러(103b)가 함께 회전하면서, 밀폐 용기(101: 도 4에 도시) 하부에 충진되어 있던 오일이 스터러(103b)를 따라 회전축(113) 내부를 따라 올라가게 되며, 회전축(113)에 형성된 오일 연통홀(103a)을 통해 일부가 저압 실린더(121), 중간판(140) 및 고 압 실린더(131)으로 빠져나와, 저압 롤러(123: 도 5에 도시) 및 고압 롤러(미도시) 등을 윤활하게 된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝션 관이 삽입된 압축기를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 2단 압축기는 내부유로(180)가 별도의 관이 아니므로, 상술한 상분리기(500)에서 분리된 냉매 기체가 유입되는 인젝션 관(153)은 내부유로(180)의 어느 곳에 설치되어도 무방하다. 예를 들어, 중간압실(Pm)을 형성하는 하부 베어링(161), 중간판(140), 고압 실린더(131) 중 어느 하나에 관통홀(153h)을 형성하고, 관통홀(153h)에 인젝션 관(153)을 삽입하여, 냉매 기체가 유입되도록 할 수 있다. 도 8에서와 같이, 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127)을 관통하도록 관통홀(153h)을 형성하거나, 하부 베어링(161)에 관통홀(153h)을 형성하고, 이 관통홀(153h)에 인젝션 관(153)을 삽입하면, 중간압실(Pm)과 내부유로(180)를 지나면서 압력 로스가 생긴다는 단점이 있다. 그러나 인젝션 관(153)을 통해 액상의 냉매가 유입되더라도 중간압실(Pm)의 하부로 흘러서 고이게 되므로, 압축기(100)의 거동이 안정하다는 장점이 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 토출 포트를 구비하는 하부 베어링을 도시한 도면이다. 하부 베어링(161)은 제1 토출 포트(161p), 중간압 연통홀(161a), 체결 홀(161b), 회전축 관통홀(161c), 토출 밸브 체결 홀(161d) 및 토출 밸브 수용홈(161e)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예는, 밀폐 용기(101: 도 4에 도시) 내에 하부로부터 순차로 저압 압축 어셈블리(120: 도 4에 도시), 중간판(140: 도 4에 도시) 및 고압 압 축 어셈블리(130: 도 4에 도시)가 적층된 2단 압축 어셈블리(105: 도 4에 도시)가 수용된다.
또한 압축기(100)는 저압 압축 어셈블리(120: 도 4에 도시)의 하부에 하부 베어링(161)을 구비하고, 하부 베어링(161)의 하부에 하부 커버(171: 도 4에 도시)를 구비한다. 이때, 하부 베어링(161)과 하부 커버(171) 사이의 공간이 중간압실(Pm)의 역할을 한다. 하부 베어링(161)의 상면, 즉 저압 압축 어셈블리(120: 도 4에 도시)의 하면과 맞닿는 면에 제1 토출 포트(161p)가 형성된다. 저압 압축 어셈블리(120: 도 4에 도시)에서 압축된 중간압의 냉매가 저압 실린더(121: 도 5에 도시)에 형성된 중간압 토출홀(127: 도 5에 도시) 및 제1 토출 포트(161p)를 통해 중간압실(Pm)로 유입된 뒤, 내부 유로(180: 도 4에 도시)를 통해 고압 압축 어셈블리(130: 도 4에 도시)로 안내된다.
또한 하부 베어링(161)의 상면에는 제1 토출 포트(161p)를 개폐하는 토출 밸브(미도시)가 구비된다. 토출 밸브(미도시)는 일 예로 박형의 밸브로, 토출 밸브(미도시)의 일단이 체결 부재에 의해 하부 베어링(161)에 체결된다. 따라서 하부 베어링(161)은 토출 밸브(미도시)가 체결되는 체결 홀(161d)를 구비한다. 또한 하부 베어링(161)은 토출 밸브(미도시)가 수용되는 토출 밸브 수용홈(161e)를 구비한다. 토출 밸브(미도시)는 소정의 압력 이상에서 토출 포트(161p)를 개방하도록 설정된다. 이때, 토출 밸브(미도시)에 작용하는 압력은 저압 압축 어셈블리(120:도 4에 도시)에의 토출 행정에 의한 양압과, 고압 압축 어셈블리(130: 도 4에 도시)의 흡입 행정에 의한 음압의 합이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 토출 포트가 형성된 상부 베어링을 도시한 도면이다. 상부 베어링(162)은 제2 토출 포트(162p), 체결 홀(162b), 회전축 관통홀(162c), 토출 밸브 체결홀(162d) 및 토출 밸브 수용홈(162e)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상부 베어링(162)은 2단 압축 어셈블리(105: 도 4에 도시)의 상부에 위치하며, 고압 압축 어셈블리(130)의 상면과 상부 베어링(162)의 하면이 맞닿도록 적층된다. 상부 베어링(162)에는 고압 압축 어셈블리(130)에서 압축된 고압의 냉매가 토출되는 제2 토출 포트(162p)가 형성된다. 또한 상부 베어링(162)의 상부에는 상부 커버(172: 도 4에 도시)가 위치하며, 상부 베어링(162)과 상부 커버(172: 도 4에 도시)가 이루는 공간은 맥동, 진동 및 소음을 저감하는 머플러의 역할을 한다.
제2 토출 포트(162p)의 상부에는 제1 토출 포트(161p: 도 11에 도시)와 마찬가지로 박형의 토출 밸브(미도시)에 의해 개폐되며, 상부 베어링(162)은 토출 밸브(미도시)가 체결되는 토출 밸브 체결홀(162d), 토출 밸브(미도시)가 제2 토출 포트(162p)를 폐쇄하는 때에 토출 밸브(미도시)가 수용되는 토출 밸브 수용홈(162e)를 포함한다. 토출 밸브(미도시)는 설정 압력 이상에서 제2 토출 포트(162p)를 개방하며, 제2 토출 포트(162p)의 개방에 의해 고압 압축 어셈블리(130: 도 4에 도시)에서 압축된 고압의 냉매는 상부 베어링(162)과 상부 커버(172: 도 4에 도시) 사이의 공간에서 맥동이 저감된 뒤, 밀폐 용기(101: 도 4에 도시) 내부로 토출된다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 제1 토출 포트(161p) 및 제2 토출 포트(162p)의 형태는, 일반적으로 가공 상의 편의에 의해 원통형의 홀이다. 따라서 제1 토출 포트(161p) 및 제2 토출 포트(162p)의 체적은 원통의 체적을 구하는 공식에 의해 쉽게 산출이 가능하다. 즉, 제1 토출 포트(161p) 및 제2 토출 포트(162p)의 내경 및 높이에 의해 체적의 산출이 가능하다.
도 13은 본 발명의 로터리식 2단 압축기가 구비하는 제3 토출 포트가 형성된 상부 커버의 일 예를 도시한 도면이다. 제3 토출 포트는 2단 압축 어셈블리(105: 도 4에 도시)의 적층 순서에 따라, 2단 압축 어셈블리(105: 도 4에 도시)의 상부 및 하부 중 어느 하나에 위치할 수 있으나, 본 실시예에서는 제3 토출 포트가 상부에 형성된 일 예를 설명한다.
상부 커버(172)는 상부 베어링(162: 도 4에 도시)의 상부에 위치하며, 상부 베어링(162: 도 4에 도시)과 함께 머플러를 구성한다. 상부 커버(172)는 상부 베어링(162: 도 4에 도시) 위에 캡 형상으로, 고압 압축 어셈블리(130: 도 4에 도시)에서 압축된 공기가 토출되어, 진동 및 소음이 저감될 수 있도록 일시 저장될 수 있는 공간을 제공한다. 회전축(113: 도 4에 도시)이 관통할 수 있도록 회전축 관통홀(162c)가 상부 커버(172)의 중심에 형성된다. 또한 상부 커버(172)에는 상부 베어링(162: 도 4에 도시)에 체결될 수 있도록, 체결 부재가 삽입되는 체결 홀(172b)이 형성된다. 체결 홀(172b)을 제외한 부분은 상부로 돌출되어, 머플러로 작용할 수 있는 공간을 마련한다. 상부 베어링(162: 도 4에 도시)에 형성된 제2 토출 포트(162p: 도 12에 도시)를 통해 토출된 고압의 냉매 가스가 상부 커버(172)와 상부 베어링(162) 사이에 마련된 공간에 일시 저장된 뒤, 진동과 맥동이 저감되어, 제3 토출 포트(172p)를 통해 밀폐 용기(101: 도 4에 도시) 내부로 토출된다. 이때, 바람직하게는 제3 토출 포트(172p)는 상부 커버(172)의 양측에 두 개 형성된다.
이때 제3 토출 포트(172p)의 크기는 제3 토출 포트(172p)의 면적이 제1 토출 포트(161p: 도 11에 도시)에 비해 0.5배 초과, 1배 미만의 범위 내에 있는 값을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 상부 커버(172)에 제3 토출 포트(172p)가 복수 개 형성된 경우, 복수 개의 제3 토출 포트(172p)의 면적을 모두 더한 값이 상기한 범위 내에 있는 값을 가지는 것이 바람직하다.
도 14는 본 발명의 제2 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기를 도시한 도면으로, 제3 토출 포트(172p)가 상부 커버(172)의 중앙부에 위치한다. 회전축(113)과 회전축(113)에 결합되는 상부 베어링(162)의 일부가 상부 커버(172)를 관통한다. 이때, 상부 베어링(162)에 형성된 보스 홈과 보스 홈을 관통하는 상부 베어링(162) 사이의 틈이 제3 토출 포트(172p)가 된다. 제3 토출 포트(172p)의 면적은 보스 홈의 면적에서 보스 홈을 관통하는 상부 베어링(162)의 일부의 면적을 뺀 값이다. 제3 토출 포트(172p)의 면적은 상기한 제1 실시예와 같이 제3 토출 포트(172p)의 면적이 제1 토출 포트(161p: 도 11에 도시)에 비해 0.5배 초과, 1배 미만의 범위 내에 있는 값을 가지는 것이 바람직하다.
도 15는 종래의 로터리식 2단 압축기의 소음 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 제3 토출 포트의 면적이 최적화되지 못하여, 특히 5 kHz 부근에서 78dB 정도의 높은 소음이 나타나는 것을 알 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 소음 스펙트럼 을 나타난 그래프로, 도 14와 비교하면, 종래에 가장 높은 소음을 나타냈던 5 kHz 부근이 72dB 정도로 소음이 저감되며, 전반적으로 소음이 저감된 것을 알 수 있다.
로터리식 2단 압축기의 제1, 제2 및 제3 토출 포트는 수동적으로 압축된 냉매가 토출되는 부분이 아니라, 각 토출 포트의 크기는 각 토출 포트를 지나는 유체의 마찰 및 속도를 결정하는 요소로 작용하여, 결과적으로 각 토출 포트의 크기와 각 실린더의 크기 비, 각 토출 포트의 크기 비에 따라 로터리식 2단 압축기의 에너지 효율이 달라지고, 로터리식 2단 압축기의 압축기의 작동 소음을 결정하게 된다. 또한 2단 압축기는 180°위상 차로 두 개의 압축 요소가 하나의 회전축에 결합되어 회전하면서 냉매를 압축하므로, 토출 포트의 설계가 특히 압축기의 효율에 중요한 역할을 한다. 따라서 본 발명의 제1, 제2 및 제3 토출 포트의 크기의 한정을 통해, 다른 구성 요소의 변경 없이도 로터리식 2단 압축기의 효율을 극대화시킬 수 있으며, 로터리식 2단 압축기의 소음을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 제1 토출 포트 및 제3 토출 포트의 비에 따른 성능(1/COP), 소음(dB) 및 최적화 곡선을 나타낸 그래프이다. A1은 제1 토출 포트의 면적이며, a는 제3 토출 포트의 면적으로, 제3 토출 포트가 복수 개인 경우, 복수 개의 토출 포트의 면적을 모두 더한 값이다. 도면을 살펴보면, A1에 대한 a의 비가 커질수록 소음이 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, A1에 대한 a의 비가 커질수록, 1/COP가 감소하는 것, 즉, COP가 향상되는 것을 알 수 있다. 따라서, 소음의 증가 및 COP의 감소에 반비례하는 최적화 곡선을 나타내면, 도면에서 점선으로 도시된 곡선과 같이 포물선 형태가 된다. 따라서, A1 에 대한 a의 비, 즉 제1 토출 포트의 면적에 대한 제3 토출 포트의 면적은 0.5 내지 1.0 사이의 값을 가지는 것이 바람직하며, 특히 그 비가 0.75에 가까울수록 더욱 바람직하다. 이러한 제1 토출 포트의 면적에 대한 제3 토출 포트의 면적의 비를 결정하여, 로터리식 2단 압축기의 효율과 소음을 적정 수준으로 결정할 수 있다.
이하 도 3 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리식 2단 압축기의 개략적인 작동 원리를 설명한다.
냉동 사이클을 순환하는 냉매는 압축기(100)로 유입되기 전, 어큐뮬레이터(200)에 일시적으로 저장된다. 어큐뮬레이터(200)는 냉매의 일시적인 저장공간 역할을 하며, 압축기(100)로 기체만이 유입되도록 기액분리기의 기능도 한다. 어큐뮬레이터(200)에서 기체의 냉매가 냉매유입관(151)을 통해 저압 압축 어셈블리(120)의 저압 실린더(121) 내부로 유입된다. 냉매유입관(151)은 밀폐용기(101)를 관통하며, 밀폐용기(101)에 용접에 의해 고정된다. 또한 저압 실린더(121)에 형성된 냉매 유입홀(126)에 삽입된다. 냉매 유입홀(126)은 저압 실린더(121)의 내경까지 관통되어 있다. 냉매 유입홀(126)을 통해 저압 실린더(121)의 내부 공간으로 유입된 냉매는 저압 실린더(121)와 저압 롤러(123)의 상대운동에 의해, 저압 실린더(121), 저압 롤러(123) 및 저압 베인(124)에 의해 정의된 공간의 체적 변화에 의해 압축된다. 압축된 냉매는 저압 실린더(121)로부터 내부유로(180)을 통해 고압 실린더(131)로 유입된 뒤, 고압 압축 어셈블리(130)에 의해 압축된다.
내부유로(180)는 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127), 중간압실(Pm), 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 실린더의 중간압 연통홀(120a), 중간 판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)에 의해 중간압의 냉매가 저압 실린더(121)로부터 고압 실린더(131)로 유입될 수 있도록 연결하는 유로이다. 여기서 중간압실(Pm)은 파이프로 치환하거나 삭제할 수도 있다.
즉, 저압 압축 어셈블리(120)에 의해 압축된 냉매는 저압 실린더(121)에 형성된 중간압 토출홀(127)에 의해 저압 실린더(121) 하부에 형성된 중간압실(Pm)으로 토출된다. 중간압실(Pm)은 하부 베어링(161)과 하부 커버(171)에 의해 정의된다. 또한 하부 베어링(161)에는 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127)과 겹치도록 중간압 토출홀(161h)이 형성된다. 또한 하부 베어링(161)에는 중간압 토출홀(161)을 개폐하는 밸브(191)가 설치되어 있다. 밸브(191)는 설정된 압력 이상에서 저압 실린더(121)의 중간압 토출홀(127) 및 하부 베어링(161)의 중간압 토출홀(161h)을 개방한다. 밸브(191)의 개방에 의해 중간압실(Pm)로 토출된 중간압의 냉매는 하부 베어링(161)의 중간압 연통홀(161a), 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a), 중간판(140)의 중간압 연통홀(140a) 및 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(131a)을 통해 고압 실린더(131)의 내부 공간으로 유입된다. 이때, 저압 실린더(121)의 중간압 연통홀(120a)에는 인젝션 관(153)이 연결되며, 인젝션 관(153)을 통해 상분리기(500)에서 분리된 기체의 냉매가 내부 유로(180)로 분사된다. 상분리기(500)에서 분리된 냉매는 증발기(400)를 거친 냉매보다 고압이므로, 상분리기(500)에서 분리된 냉매를 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매와 함께 고압 압축 어셈블리(130)로 유입하여 압축한 뒤 토출하면, 압축기(100)의 입력 전력을 저감할 수 있다.
상분리기(500)에서 분리된 냉매와, 저압 압축 어셈블리(120)에서 압축된 냉매는 고압 실린더(131)의 중간압 유입홈(130a)를 통해 고압 실린더(131)의 내부로 유입되고, 고압 압축 어셈블리(130)에 의해 저압 압축 어셈블리(120)와 같은 작동 원리로 고압으로 압축된다. 고압 압축 어셈블리(130)에서 고압으로 압축된 냉매는 고압 실린더(131)의 고압 토출홀(137)과, 상부 베어링(162)에 형성된 고압 토출홀(162h)을 통해 상부 베어링(162)과 상부 커버(172) 사이에 마련된 토출 공간(D)으로 토출된다. 이때 상부 베어링(162)의 상부에는 밸브(192)가 설치되어, 고압 실린더(131)의 고압 토출홀(137)과 상부 베어링(162)의 고압 토출홀(162h)를 개폐한다. 따라서 고압 압축 어셈블리(130)에서 소정 압력 이상으로 냉매가 압축된 경우에만 고압 실린더(131)의 고압 토출홀(137) 및 상부 베어링(162)의 고압 토출홀(162h)을 개방하여 냉매가 토출공간(D)으로 토출되도록 한다. 고압의 냉매는 토출공간(D)에 일시적으로 저장되며, 이후 상부 커버(172)의 토출 포트(172p)를 통해 밀폐 용기(101)의 상부로 토출된다. 밀폐 용기(101)의 내부는 고압의 냉매로 충진된다. 밀폐 용기(101)에 충진된 고압의 냉매는 밀폐 용기(101)의 상부를 관통하는 토출관(152)를 통해 외부로 토출되어, 냉동 사이클을 순환한 뒤, 다시 어큐뮬레이터(200) 및 상분리기(500)를 통해 압축기(100)로 유입되어 압축 과정을 거친다.
또한 밀폐 용기(101)의 하부에는 압축기 어셈블리(105)를 윤활하기 위한 윤활 오일이 충진되어 있다. 윤활 오일은 회전축(113)에 삽입된 스터러(103b)의 회전에 의해 회전축(113)의 내부를 따라 올라가다, 회전축(113)에 형성된 오일 연통 홀(103)을 통해 저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되어 압축기 어셈블리(105)를 윤활한다. 또한, 저압 실린더(121) 및 고압 실린더(131)에 형성된 베인 홀(124h, 134h)을 통해 저압 압축 어셈블리(120) 및 고압 압축 어셈블리(130)로 유입되어 압축기 어셈블리(105)를 윤활하기도 한다.
본 발명이 제공하는 로터리식 2단 압축기는 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 밀폐 용기 내부로 토출하는 제3 토출 포트의 면적이 최적화되어, 압축기의 소음을 저감할 수 있다.
또한 본 발명이 제공하는 로터리식 2단 압축기는 제3 토출 포트의 면적이 저압 압축 어셈블리에서 압축된 냉매를 토출하는 제1 토출 포트의 면적에 대한 비율이 소정 범위 내에 있도록 하여, 2단 압축기 전체 압축 능력을 결정하는 제1 토출 포트의 면적과 제3 토출 포트의 면적이 대응하도록 제3 토출 포트의 면적을 최적화할 수 있다.

Claims (10)

  1. 밀폐 용기;
    밀폐 용기 내부에 구비되며, 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 저압 압축 어셈블리, 중간판 및 고압 압축 어셈블리가 순차로 적층된 2단 압축 어셈블리;
    저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매를 토출하는 제1 토출 포트;
    고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 토출하는 제2 토출 포트; 및
    2단 압축 어셈블리의 상부 및 하부 중 어느 하나에 위치하며, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 밀폐 용기로 토출하는 제3 토출 포트;를 포함하며,
    제3 토출 포트의 면적은 제1 토출 포트의 면적의 0.5배보다 크고, 1.0배보다 작은 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    2단 압축 어셈블리의 상부에 위치하며, 제2 토출 포트에서 토출된 냉매가 일시적으로 저장되는 머플러;를 더 포함하고,
    제3 토출 포트는, 머플러에 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    머플러는, 베어링 및 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  4. 제1항에 있어서,
    제3 토출 포트는, 2개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 토출 포트를 통해 토출된 중간압의 냉매를 고압 압축 어셈블리로 안내하는 유로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  6. 제5항에 있어서,
    유로는, 밀폐 용기를 관통하는 U자형 관에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  7. 제5항에 있어서,
    유로는, 2단 압축 어셈블리 내부에 가공된 홀에 의해 형성되는 내부 유로인 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  8. 제5항에 있어서,
    유로에 결합되는 인젝션 관;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  9. 밀폐 용기;
    밀폐 용기 내부에 구비되며, 상부 및 하부 중 어느 하나로부터 저압 압축 어셈블리, 중간판 및 고압 압축 어셈블리가 순차로 적층된 2단 압축 어셈블리;
    저압 압축 어셈블리에서 압축된 중간압의 냉매를 토출하는 제1 토출 포트;
    고압 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 토출하는 제2 토출 포트; 및
    2단 압축 어셈블리의 상부 및 하부 중 어느 하나에 위치하며, 2단 압축 어셈블리에서 압축된 고압의 냉매를 밀폐 용기로 토출하는 제3 토출 포트;를 포함하며,
    제3 토출 포트의 면적은 제2 토출 포트의 면적의 0.5배보다 크고, 1.0배보다 작은 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 토출 포트는, 제1 토출 포트의 지름의 0.5 내지 1배 사이의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 로터리식 2단 압축기.
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