KR20100010454A - 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동력을 공급하는 전동기구부 및 이로부터 동력을 공급받아 제1,2회전부재가 회전되면서 냉매를 압축시키는 압축기구부로 이루어진 로터리 압축기에 관한 것으로서, 특히 압축기를 구동하는 전동기구부의 로터에 의해 압축기 내의 압축공간을 형성함으로써 콤팩트한 설계가 가능하고, 압축기 내에서 회전요소들의 마찰 손실을 최소화함으로써 압축 효율을 극대화시킬 수 있으며, 압축공간 내에서 냉매의 누출을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 압축기를 제공한다.
압축기, 전동기구부, 압축기구부, 스테이터, 로터, 실린더, 롤러, 회전축, 커버, 베어링

Description

압축기 {COMPRESSOR}
본 발명은 압축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 압축기를 구동하는 전동기구부의 로터에 의해 압축기 내의 압축공간을 형성함으로써 콤팩트한 설계가 가능하고, 압축기 내에서 회전요소들의 마찰 손실을 최소화함으로써 압축 효율을 극대화시킬 수 있으며, 압축공간 내에서 냉매의 누출을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 압축기에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기(Compressor)는 전기모터나 터빈 등의 동력발생장치로부터 동력을 전달받아 공기나 냉매 또는 그 밖의 다양한 작동가스를 압축시켜 그 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 형성되는 압축공간에서 작동가스를 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 나눠진다.
왕복동식 압축기는 기계적인 효율이 우수한 반면, 이러한 왕복 운동은 심각한 진동과 소음 문제를 야기한다. 이러한 문제 때문에, 로터리식 압축기가 콤팩트하다는 특징과 우수한 진동 특성 때문에 발전되어 왔다.
로터리식 압축기는 밀폐용기 내에서 전동기와 압축기구부가 구동축에 장착되도록 구성되는데, 구동축의 편심부 주변에 위치하는 롤러가 원통 형상의 압축공간을 형성하는 실린더 내에 위치하고, 적어도 하나의 베인이 롤러와 압축공간 사이에 연장되어 압축공간을 흡입영역과 압축영역으로 구획하고, 롤러는 압축공간 내에서 편심되어 위치하게 된다. 일반적으로 베인은 실린더의 요홈부에 스프링에 의해 지지되어 롤러의 면을 가압하도록 구성되고 이러한 베인에 의해 압축공간은 전술한 바와 같이 흡입영역과 압축영역으로 구획된다. 구동축의 회전에 따라 흡입영역이 점진적으로 커지면서 냉매나 작동유체를 흡입영역으로 흡입함과 동시에 압축영역이 점진적으로 작아지면서 그 안의 냉매나 작동유체를 압축하게 된다.
이러한 종래의 로터리식 압축기에서는 구동축의 편심부가 회전하면서 롤러가 고정되어 있는 실린더(stationary cylinder) 내면과 계속적으로 미끄럼 접촉(sliding contact)하고, 역시 롤러가 고정되어 있는 베인의 끝단면과 계속적으로 미끄럼 접촉하게 된다. 이렇게 미끄럼 접촉하는 구성요소들 사이에는 높은 상대 속 도가 존재하고 이에 따라 마찰 손실이 발생하는데, 이는 압축기의 효율 저하로 이어진다. 또한 미끄럼 접촉하는 베인과 롤러 사이의 접촉면에서 냉매 누설 가능성도 상존하여 기구적인 신뢰성도 떨어지게 된다.
고정되어 있는 실린더를 대상으로 하는 종래의 로터리식 압축기와는 달리 미국특허(US Patent) 제7,344,367호는 압축공간이 로터와, 고정축(stationary shaft)에 회전 가능하게 장착되는 롤러 사이에 위치하는 로터리 압축기에 대해 개시한다. 이 특허에서는 고정축이 하우징 내로 길게 연장되어 있고, 모터가 스테이터와 로터를 포함하는데, 로터는 하우징 내에서 고정축에 회전 가능하게 장착되고, 롤러는 고정축에 일체로 형성된 편심부에 회전 가능하게 장착되는데, 로터의 회전이 롤러를 회전시키도록 로터와 롤러 사이에 베인이 개재되어 있어서 압축공간 내에서 작동유체를 압축할 수 있게 된다. 그러나, 이 특허에서도 고정축과 롤러의 내면이 여전히 미끄럼 접촉하게 되므로 이들 사이에는 높은 상대 속도가 존재하게 되어, 이 특허도 전술한 종래 로터리식 압축기의 문제점을 그대로 안고 있다.
국제공개공보(WO) 제2008-004983호는 다른 형식의 로터리식 압축기를 개시하는데, 실린더와, 실린더 내측에서 실린더에 대해 편심되도록 장착된 로터와, 로터에 대해 미끄러지도록 로터에 구비된 슬롯에 장착된 베인을 포함하고, 베인은 로터와 같이 회전하는 실린더에 힘을 전달하도록 실린더와 연결되는 구성을 갖고, 실린더와 로터 사이에 형성되는 압축공간 내에서 작동 유체를 압축할 수 있게 된다. 그러나, 이 공보에서는 로터가 구동축에 의해 구동력을 전달받아 회전되기 때문에 로터를 구동하기 위한 별도의 전동기부가 설치되어야 한다. 즉, 이 공보에 따른 로터 리 압축기는 별도의 전동기부가 로터, 실린더, 베인을 포함하는 압축기구부에 대해 높이 방향으로 적층되어 설치되어야 하기 때문에 압축기 높이가 불가피하게 커져서 콤팩트한 설계가 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 압축기를 구동하는 전동기구부의 로터에 의해 압축기 내의 압축공간을 형성함으로써 콤팩트한 설계가 가능할 뿐만 아니라, 압축기 내의 회전요소들 사이의 상대 속도를 줄임으로써 마찰 손실을 최소화할 수 있는 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
아울러, 압축공간 내에서 냉매의 누출을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 압축기의 일례는 압축공간이 내부에 구비되고, 회전 가능하게 설치된 실린더; 실린더의 내주면과 접촉과 이격을 반복하면서 회전함으로써 압축공간 내부에서 냉매를 압축시키는 롤러; 롤러와 일체로 회전하는 롤러 회전축; 실린더로부터 롤러 및 롤러 회전축으로 회전력을 전달하고, 압축공간을 냉매가 흡입되는 흡입영역 및 냉매가 압축/토출되는 압축영역으로 구획하는 베인; 실린더의 외측에 구비된 스테이터; 그리고, 스테이터로부터의 회전 전자기장에 의해 스테이터의 내부에서 회전하고, 실린더에 회전력을 제공하도록 실 린더 외주면에 형합된 로터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 실린더는 외주면에 한 쌍의 돌기가 구비되고, 로터는 내주면에 실린더의 돌기와 맞물리는 홈이 구비될 수 있다.
또한, 실린더 및 로터의 축방향에서 결합되고, 그 사이에 압축공간을 형성하되, 롤러 회전축이 관통되는 제1커버 및 제2커버;를 더 포함할 수 있다.
또한, 제1커버 및 제2커버는 실린더와 축방향으로 볼트 체결될 수 있다.
또한, 제1커버 및 제2커버 중 하나 이상은 로터와 축방향으로 볼트 체결될 수 있다.
또한, 실린더 및 로터의 축방향에서 결합되고, 그 사이에 압축공간을 형성하되, 롤러 회전축을 덮어주는 축 커버 및 롤러 회전축이 관통되는 커버;를 더 포함할 수 있다.
또한, 축 커버 및 커버는 실린더와 축방향으로 볼트 체결될 수 있다.
또한, 축 커버의 축방향에서 결합되고, 압축공간으로 흡/토출되는 냉매가 통과하는 흡입챔버 및 토출챔버가 구획된 머플러;를 더 포함할 수 있다.
또한, 머플러는 축 커버와 축방향으로 볼트 체결될 수 있다.
또한, 축 커버 및 커버 중 하나 이상은 로터와 축방향으로 볼트 체결될 수 있다.
또한, 롤러 회전축, 롤러, 베인은 일체형으로 형성될 수 있다.
또한, 실린더는 베인 장착구를 포함하고, 베인을 가이드하는 부시(Bush)가 베인 장착구 내에 장착될 수 있다.
또한, 베인 장착구는 실린더의 내주면과 연통되도록 길이방향으로 관통되고, 부시는 베인의 양측면과 맞닿도록 베인 장착구에 한 쌍이 구비될 수 있다.
또한, 베인은 롤러 회전축의 중심을 향하도록 롤러의 반경 방향으로 연장되고, 부시 및 베인 장착구는 베인을 롤러의 반경 방향으로 왕복 직선 운동하도록 안내할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압축기는, 압축기구부와 전동기구부가 반경 방향으로 설치됨으로써, 압축기를 구동하는 전동기구부의 로터에 의해 압축기 내의 압축공간을 형성하기 때문에 콤팩트한 설계가 가능하여 압축기의 높이를 최소화할 수 있어 크기를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 제1회전부재가 회전하면서 제2회전부재로 회전력을 전달하여 함께 회전하면서 그 사이의 압축공간에서 냉매를 압축하기 때문에 제1회전부재와 제2회전부재 사이에 상대 속도 차이가 현저히 줄어들게 되어 이에 따른 마찰 손실을 최소화할 수 있으므로, 압축기의 효율을 극대화할 수있는 장점을 갖는다.
아울러, 베인이 제1회전부재 혹은 제2회전부재에 미끄럼 접촉하지 않는 채로 제1회전부재와 제2회전부재 사이를 왕복 운동하면서 압축공간을 구획하므로 간단한 구조로 압축공간 내에서 냉매의 누출을 최소화할 수 있게 되어, 압축기의 효율을 극대화할 수 있는 장점을 갖는다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예가 도시된 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 전동기부 일예가 도시된 분해 사시도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 압축기구부 일예가 도시된 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 압축기의 제1실시예는 도 1에 도시된 바와 같이 밀폐용기(110)와, 밀폐용기(110) 내측에 설치된 스테이터(120)와, 스테이터(120)로부터의 회전 전자기장에 의해 스테이터(120) 내측에 회전 가능하게 설치된 제1회전부재(130)와, 제1회전부재(130)의 회전력을 전달받아 제1회전부재(130)의 내측에서 회전되면서 그 사이의 냉매를 압축시키는 제2회전부재(140)와, 제1회전부재(130) 및 제2회전부재(140)를 밀폐용기(110) 내측에 회전 가능하도록 지지하는 제1,2베어링(150,160)을 포함하도록 구성된다. 이때, 전기적인 작용을 통하여 동력을 제공하는 전동기구부는 스테이터(120) 및 제1회전부재(130)를 포함하는 일종의 BLDC 모터를 채용하고, 기구적인 작용을 통하여 냉매를 압축시키는 압축기구부는 제1회전부재(130)를 비롯하여 제2회전부재(140), 제1,2베어링(150,160)을 포함한다. 따라서, 전동기구부와 압축기구부를 반경 방향으로 설치함으로써 전체적인 압축기 높이를 낮출 수 있다. 본 발명의 실시예는 전동기구부 안쪽에 압축기구부를 형성하는 소위 '이너 로터 타입(inner rotor type)'을 일례로 설명하고 있지만, 당업자라면 이상의 개념이 전동기구부의 바깥쪽에 압축기구부를 형성하는 소위 '아우터 로터 타입(outer rotor type)'에도 쉽게 적용될 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.
밀폐용기(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통형의 몸통부(111)와, 몸통 부(111) 상/하부에 결합된 상/하부 쉘(112,113)로 이루어지되, 제1,2회전부재(130,140 : 도 1에 도시)를 윤활시키는 오일이 적정 높이까지 저장될 수 있다. 상부 쉘(113)의 소정 위치에는 냉매가 흡입되는 흡입관(114)이 구비되고, 상부 쉘(113)의 다른 소정 위치에 냉매가 토출되는 토출관(115)이 구비되되, 밀폐용기(110)의 내부가 압축된 냉매로 충진되는지 혹은 압축되기 전의 냉매로 충진되는지에 따라서 고압식 또는 저압식으로 결정되고, 이에 따라 흡입관(114) 및 토출관(115)의 위치가 결정될 것이다. 본 발명의 제1실시예에서는, 저압식으로 구성되되, 이를 위하여 흡입관(114)이 밀폐용기(110)와 연결되는 동시에 토출관(115)이 압축기구부와 연결된다. 따라서, 저압의 냉매가 흡입관(114)을 통하여 흡입되면, 밀폐용기(110) 내부에 충진된 상태에서 압축기구부로 유입되고, 압축기구부에서 압축된 고압의 냉매가 바로 토출관(115)을 통하여 외부로 빠져나오도록 구성된다.
스테이터(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 코어(121)와, 코어(121)에 집중 권선된 코일(122)로 이루어진다. 기존의 BLDC 모터에 채용된 코어는 원주를 따라 9개의 슬롯을 가지는 반면, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 스테이터의 직경이 상대적으로 커져서 BLDC 모터의 코어(121)가 원주를 따라 12개의 슬롯을 가지도록 구성된다. 코어의 슬롯이 많을수록 코일의 권선수도 많아지기 때문에 기존과 같은 스테이터(120)의 전자기력을 발생시키기 위해서, 코어(121)의 높이가 낮아지더라도 무방할 것이다.
제1회전부재(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 로터부(131)와, 실린더부(132), 제1커버(133) 및 제2커버(134)로 이루어진다. 로터부(131)는 스테이 터(120: 도 1에 도시)와의 회전 자계에 의해 스테이터(120: 도 1에 도시)의 내부에서 회전하는 원통형상으로 형성되되, 회전 자계를 발생시킬 수 있도록 복수개의 영구자석(131a)이 축방향으로 삽입된다. 실린더부(132)도 로터부(131)와 마찬가지로 내부에 압축공간(P: 도 1에 도시)을 형성할 수 있도록 원통형상으로 형성된다. 로터부(131)와 실린더부(132)는 별도로 제작된 다음, 결합될 수 있는데, 일예로 실린더부(132)의 외주면에 한 쌍의 장착형 돌기(132a)가 구비되고, 로터부(131)의 내주면에 실린더부(132)의 장착형 돌기(132a)와 대응되는 형상의 장착형 홈(131h)이 구비되도록 하여 실린더부(132)의 외주면이 로터부(131)의 내주면에 형합되도록 구성할 수 있다.
제1커버(133) 및 제2커버(134)는 축방향에서 로터부(131) 및/또는 실린더부(132)에 결합되는데, 실린더부(132)와 제1,2커버(133,134) 사이에 압축공간(P: 도 1에 도시)이 형성된다. 제1커버(133)는 평판 형상으로 압축공간(P: 도 1에 도시)에서 압축된 냉매가 빠져나갈 수 있도록 토출구(133a) 및 이에 장착된 토출밸브(미도시)가 구비된다. 제2커버(134)는 평판 형상의 커버부(134a)와, 그 중심에 하향 돌출된 중공의 축부(134b)로 이루어지되, 축부(134b)가 생략되더라도 무방하지만, 하중이 작용하는 축부(134b)가 구비됨에 따라 제2베어링(160: 도 1에 도시)과 접촉 면적이 늘어나면서 제2커버(134)가 보다 안정적으로 회전 지지될 수 있다. 이때, 제1,2커버(133,134)는 축방향에서 로터부(131) 및/또는 실린더부(132)에 볼트 체결되기 때문에 로터부(131), 실린더부(132), 제1,2커버(133,134)는 일체로 회전하게 된다. 경우에 따라서는 제1커버(133)의 외주 둘레가 도면에 보인 바와 같이 로터부(131)의 상부면과 겹쳐지지 않도록 구성하고, 제2커버(134)의 외주 둘레만 로터부(131)의 하부면과 겹쳐지도록 구성한 후, 제2커버(134)를 로터부(131)의 하부면에서 결합시키기만 하더라도, 로터부(131), 실린더부(132), 제1커버(133), 제2커버(134)가 일체로 회전하는데 아무런 지장이 없다.
제2회전부재(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 회전축(141)과, 롤러(142)와, 베인(143)으로 이루어진다. 회전축(141)은 롤러(142)의 축방향 양면에서 축방향으로 연장되되, 롤러(142)의 상면으로 돌출된 부분보다 롤러(142)의 하면으로 돌출된 부분이 더 길게 형성되어 하중이 가해지더라도 안정적으로 지지할 수 있도록 한다. 회전축(141) 및 롤러(142)는 바람직하게는 일체로 형성될 수 있는데, 별개로 형성되더라도 일체로 회전하도록 결합되어야 한다. 회전축(141)은 중간 부분이 막힌 중공축 형태로 형성됨에 따라 냉매가 흡입되는 흡입유로(141a)와 오일이 펌핑되는 오일공급부(141b: 도 1에 도시)의 유로를 별도로 구성하게 하여 오일이 냉매와 섞이는 것을 최소화하는 것이 유리하다. 이때, 회전축(141)의 오일공급부(141b: 도 1에 도시)에는 회전력에 의한 오일의 상승을 돕는 나선형 부재가 장착되거나, 모세관 현상에 의한 오일의 상승을 돕는 그루브를 형성할 수 있으며, 회전축(141) 및 롤러(142)에는 오일공급부(141b : 도 1에 도시)를 통하여 공급된 오일을 미끄럼 작용이 이루어지는 두 개 이상의 부재들 사이로 공급하기 위한 각종 오일공급홀(미도시) 및 오일저장홈(미도시)이 구비된다. 롤러(142)는 회전축(141)의 흡입유로(141a)를 압축공간(P: 도 1에 도시)으로 연통시키도록 반경 방향으로 관통된 흡입유로(142a)를 구비하되, 냉매는 회전축(141)의 흡입유로(141a) 및 롤러(142)의 흡입유로(142a)를 통하여 압축공간(P: 도 1에 도시)으로 흡입된다. 베인(143)은 롤러(142)의 외주면에 반경 방향으로 연장되도록 구비되고, 부시(144)에 의해 제1회전부재(130:　도 1에 도시)의 베인 장착구(132h: 도 5에 도시) 내에서 왕복 직선 운동하면서 소정 각도로 회전 가능하게 설치된다. 부시(144)는 도 5에 도시한 것처럼 베인(143)의 원주방향 회전을 소정 각도 미만으로 제한하면서 베인 장착구(132h: 도 5에 도시)내에 장착된 한 쌍의 부시(144) 사이에 형성되는 공간을 통해 왕복 직선 운동을 할 수 있도록 베인(143)을 가이드한다. 베인(143)이 부시(144) 내측에서 왕복 직선 운동하더라도 윤활할 수 있도록 오일을 공급할 수도 있지만, 부시(144) 자체가 자가 윤활이 가능한 재료로 제작될 수도 있다. 일예로, 부시(144)는 베스펠(Vespel) SP-21이라는 상표명으로 판매되고 있는 재료로 제작될 수 있는데, 베스펠 SP-21은 고분자 소재로 내마모성, 내열성, 자기 윤활성, 내연성, 절기절연성이 뛰어난 특성을 가진다.
도 5는 본 발명에 따른 압축기의 베인 장착구조의 일예가 도시된 평면도이다.
베인(143)의 장착구조를 도 5를 참조하여 살펴보면, 실린더부(132) 내주면에 축방향으로 길게 형성된 베인 장착구(132h)가 구비되고, 베인 장착구(132h)에 한 쌍의 부시(144)가 끼워진 다음, 회전축(141) 및 롤러(142)와 일체로 구비된 베인(143)이 부시들(144) 사이에 끼워지게 된다. 여기서, 실린더부 장착형 돌기(132a)가 다른 실린더부에 비해 외경이 크기 때문에, 베인(143)의 운동을 충분히 보장할 수 있도록 장착형 돌기(132a) 쪽으로 베인 장착구(132h)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이때, 실린더부(132)와 롤러(142) 사이에 압축공간(P: 도 1에 도시)이 구비되되, 압축공간(P: 도 1에 도시)이 베인(143)에 의해 흡입영역(S)과 토출영역(D)으로 나뉘어진다. 상기에서 설명한 롤러(142)의 흡입유로(142a : 도 1에 도시)는 흡입영역(S)에 위치하고, 제1커버(133: 도 1에 도시)의 토출구(133a: 도 1에 도시)는 토출영역(D)에 위치하되, 롤러(142)의 흡입유로(142a: 도 1에 도시)와 제1커버(133: 도 1에 도시)의 토출구(133a: 도 1에 도시)는 베인(143)과 근접한 위치의 토출경사부(136)과 연통하도록 위치할 것이다. 이와 같이, 본 발명의 압축기에서 롤러(142)와 일체로 제작된 베인(143)이 부시들(144) 사이에 슬라이딩 이동 가능하게 조립되는 것은 기존의 로터리 압축기에서 롤러 또는 실린더와 별도로 제작된 베인이 스프링에 의해 지지되는 것보다 미끄럼 접촉에 의한 마찰 손실을 저감시킬 수 있고, 흡입영역(S)과 토출영역(D) 사이에 냉매 누설을 저감시킬 수 있다.
따라서, 로터부(131)가 스테이터(120: 도 1에 도시)와의 회전 자계에 의해 회전력을 받으면, 로터부(131) 및 실린더부(132)가 회전한다. 베인(143)이 실린더부(132)에 끼워진 상태에서 로터부(131) 및 실린더부(132)의 회전력을 롤러(142)에 전달하게 되는데, 이 때 양자의 회전에 따라 베인(143)이 부시(144) 사이에서 왕복 직선 운동하게 된다. 즉, 로터부(131) 및 실린더부(132)의 내면은 롤러(142)의 외면에 서로 대응하는 부분을 갖게 되는데, 이렇게 서로 대응하는 부분들은 로터부(131) 및 실린더부(132)와, 롤러(142)가 1 회전할 때마다 접촉했다가 서로 멀어지는 과정을 반복하면서 흡입영역(S)이 점진적으로 커지면서 냉매나 작동유체를 흡 입영역으로 흡입함과 동시에 토출영역(D)이 점진적으로 작아지면서 그 안의 냉매나 작동유체를 압축시킨 다음, 토출시킨다.
도 6은 본 발명에 따른 압축기의 지지부재 일예가 도시된 분해 사시도이다.
상기와 같은 제1,2회전부재(130,140)는 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이 축방향에서 결합된 제1,2베어링(150,160)에 의해 밀폐용기(110) 내측에 회전 가능하도록 지지된다. 제1베어링(150)은 상부 쉘(112)에서 돌출된 고정용 리브 또는 고정용 돌기에 의해 고정될 수 있고, 제2베어링(160)은 하부 쉘(113)이 볼트 고정될 수 있다.
제1베어링(150)은 회전축(141) 외주면과 제1커버(133)의 내주면을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링과, 제1커버(133)의 상면을 회전 가능하게 지지하는 트러스트 베어링을 포함하도록 구성된다. 제1베어링(150)은 회전축(141)의 흡입유로(141a)와 연통되는 흡입안내유로(151)를 구비하되, 흡입안내유로(151)는 흡입관(114)을 통하여 밀폐용기(110)에 흡입된 냉매가 흡입될 수 있도록 밀폐용기(110)의 내부와 연통되도록 구성된다. 또한, 제1베어링(150)은 제1커버(133)의 토출구(133a)와 연통되는 토출안내유로(152)를 구비하되, 토출안내유로(152)는 제1커버(133)의 토출구(133a)가 회전하더라도 제1커버(133)의 토출구(133a)에서 토출된 냉매를 토출관(115)을 통하여 토출시킬 수 있도록 제1커버(133)의 토출구(133a) 회전 궤적을 수용하는 링 또는 원형의 홈 형태로 구성된다. 물론, 토출안내유로(152)는 냉매가 직접 외부로 토출되도록 토출관(115)과 직접 연결될 수 있도록 토출관 장착구(153)가 구비된다.
제2베어링(160)은 회전축(141) 외주면과 제2커버(134)의 내주면을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링과, 롤러(142)의 하면 및 제2커버(134)의 하면을 회전 가능하게 지지하는 트러스트 베어링을 포함하도록 구성된다. 제2베어링(160)은 하부 쉘(113)에 볼트 체결되는 평판 형상의 지지부(161)와, 지지부(161)의 중심에 상향 돌출된 중공부(162a)를 구비한 축부(162)로 이루어진다. 이때, 제2베어링(160)의 중공부(162a) 중심은 제2베어링(160)의 축부(162)의 중심으로부터 편심되도록 위치하되, 제2베어링(160)의 축부(162) 중심은 제1회전부재(130)의 회전 중심선과 일치하지만, 제2베어링(160)의 중공부(162a) 중심은 제2회전부재(140)의 회전축(141) 중심선과 일치한다. 즉, 제2회전부재(140)의 회전축(141) 중심선은 제1회전부재(130)의 회전 중심선에 대해 편심되도록 형성될 수도 있지만, 롤러(142)의 길이방향 중심선의 위치에 따라 동심되도록 형성될 수도 있다. 하기에서 자세하게 설명하기로 한다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예의 회전 중심선이 도시된 측단면도이다.
제1,2회전부재(130,140)가 동시에 회전되면서 냉매를 압축시킬 수 있도록 하기 위하여, 제1회전부재(130)에 대해 제2회전부재(140)가 편심되도록 위치하되, 제1,2회전부재(130,140)의 상대적인 위치를 도 7a 내지 도 7c를 참고하여 살펴볼 수 있다. 이때, a는 제1회전부재(130)의 제1회전축 중심선을 나타내되, 제2커버(134)의 축부(134b)의 길이 방향 중심선 또는 베어링(160)의 축부(162)의 길이방향 중심선으로 볼 수 있다. 여기서 제1회전부재(130)는 도 3에 보인 바와 같이 로터 부(131)와, 실린더부(132), 제1커버(133) 및 제2커버(134)를 포함하고 이들이 일체로 회전하므로, 이들의 회전 중심선으로 이해되어도 좋다. b는 제2회전부재(140)의 제2회전축 중심선을 나타내되, 회전축(142)의 길이 방향 중심선으로 볼 수 있다. c는 제2회전부재(140)의 길이방향 중심선을 나타내되, 롤러(142)의 길이 방향 중심선으로 볼 수 있다.
도 1 내지 도 6에 보인 본 발명에 따른 바람직한 일실시례에서, 제2회전축의 중심선(b)은 도 7a에 도시된 바와 같이, 제1회전축의 중심선(a)으로부터 소정 간격 이격되고, 제2회전부재(140)의 길이방향 중심선(c)은 제2회전축의 중심선(b)과 일치하도록 구성된다. 따라서, 제2회전부재(140)는 제1회전부재(130)에 대해 편심되도록 구성되고, 제1,2회전부재(130,140)가 베인(143)을 매개로 같이 회전하면, 제2회전부재(140)와 제1회전부재(130)는 전술한 바와 같이 1회전당 서로 가까와져서 접촉했다가 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간(P) 내부에서 흡입영역(S)과 토출영역(D)의 체적을 변화시켜 냉매를 압축시킬 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 제2회전축의 중심선(b)은 제1회전축의 중심선(a)으로부터 소정 간격 이격되고, 제2회전부재(140)의 길이방향 중심선(c)은 제2회전축의 중심선(b)으로부터 소정 간격 이격되도록 구성되되, 제1회전축의 중심선(a)과 제2회전부재(140)의 길이방향 중심선(c)이 일치하지 않도록 구성된다. 마찬가지로, 제2회전부재(140)는 제1회전부재(130)에 대해 편심되도록 구성되고, 제1,2회전부재(130,140)가 베인(143)을 매개로 같이 회전하면, 제2회전부재(140)와 제1회전부재(130)는 전술한 바와 같이 1회전당 서로 가까와져서 접촉했다가 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간(P) 내부에서 흡입영역(S)과 토출영역(D)의 체적을 변화시켜 냉매를 압축시킬 수 있다. 도 7a보다 편심량을 더 많이 주는 것이 가능해질 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 제2회전축의 중심선(b)은 제1회전축의 중심선(a)과 일치되고, 제2회전부재(140)의 길이방향 중심선은 제1회전축의 중심선(a) 및 제2회전축의 중심선(b)으로부터 소정 간격 이격되도록 구성된다. 마찬가지로, 제2회전부재(140)는 제1회전부재(130)에 대해 편심되도록 구성되고, 제1,2회전부재(130,140)가 베인(143)을 매개로 같이 회전하면, 제2회전부재(140)와 제1회전부재(130)는 전술한 바와 같이 1회전당 서로 가까와져서 접촉했다가 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간(P) 내부에서 흡입영역(S)과 토출영역(D)의 체적을 변화시켜 냉매를 압축시킬 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예가 도시된 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 압축기의 제1실시예의 결합 일예를 도 1 및 도 8을 참조하여 살펴보면, 로터부(131) 및 실린더부(132)가 별도로 제작된다. 회전축(141), 롤러(142) 및 베인(143)은 일체로 제작되거나 별개로 제작될 수도 있으나 일체로 회전하도록 형성된다. 실린더부(131) 내측에 베인(143)이 부시(144)에 의해 끼워지되, 전체적으로 로터부(131) 및 실린더부(132) 내측에 회전축(141), 롤러(142) 및 베인(143)이 장착된다. 제1,2커버(133,134)가 로터부(131) 및 실린더부(132)의 축방향에서 볼트 결합되되, 회전축(141)이 관통되더라도 롤러(142)를 덮어주도록 설치된다.
이와 같이 제1,2회전부재(130,140)가 조립된 회전 조립체가 조립되면, 제2베어링(160)을 하부 쉘(113)이 볼트 체결한 다음, 회전 조립체를 제2베어링(160)에 조립하되, 제2커버(134)의 축부(134a) 내주면이 제2베어링(160)의 축부(162) 외주면에 접하고, 회전축(141)의 외주면이 제2베어링(160)의 중공부(162a)에 접하게 된다. 이후, 스테이터(120)를 몸통부(111)에 압입하고, 몸통부(111)를 하부 쉘(112)에 결합하되, 스테이터(120)가 회전 조립체 외주면에 간극을 유지하도록 위치된다. 이후, 제1베어링(150)을 상부 쉘(112)에 결합시키되, 상부 쉘(112)의 토출관(115)이 제1베어링(150)의 토출관 장착구(153 : 도 6에 도시)에 압입되도록 조립된다. 이와 같이 제1베어링(150)이 조립된 상부 쉘(112)을 몸통부(111)에 결합하되, 제1베어링(150)이 회전축(141)과 제1커버(133) 사이에 끼워지는 동시에 상측에서 덮어주도록 설치된다. 물론, 제1베어링(150)의 흡입안내유로(151)는 회전축(141)의 흡입유로(141a)와 연통되고, 제1베어링(150)의 토출안내유로(152)는 제1커버(133)의 토출구(133a)와 연통된다.
따라서, 제1,2회전부재(130,140)가 조립된 회전 조립체, 스테이터(120)가 장착된 몸통부(111), 제1베어링(150)이 장착된 상부 쉘(112), 제2베어링(160)이 장착된 하부 쉘(113)이 축방향으로 결합되면, 제1,2베어링(150,160)이 축방향에서 회전 조립체를 회전 가능하도록 밀폐용기(110)에 지지한다.
도 9는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 냉매 유동 및 오일 흐름이 도시된 측단면도이다.
본 발명에 따른 압축기의 제1실시예의 동작을 도 1 및 도 9를 참조하여 살펴 보면, 전류가 스테이터(120)에 공급됨에 따라 스테이터(120)와 로터부(131) 사이에 회전 자계가 발생되고, 로터부(131)의 회전력에 의해 제1회전부재(130) 즉, 로터부(131) 및 실린더부(132), 제1,2커버(133,134)가 일체로 회전된다. 이때, 베인(134)이 실린더부(131)에 왕복 직선 운동 가능하도록 설치됨에 따라 제1회전부재(130)의 회전력을 제2회전부재(140)로 전달하고, 제2회전부재(140) 즉, 회전축(141), 롤러(142) 및 베인(143)이 일체로 회전된다. 이때, 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 제1,2회전부재(130,140)는 서로에 대해 편심되도록 위치하기 때문에 이들은 1회전당 서로 가까와져서 접촉했다가 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간(P) 내부에서 흡입영역(S)과 토출영역(D)의 체적을 변화시켜 냉매를 압축시킬 수 있음과 동시에 오일을 펌핑하여 미끄럼되는 두 부재 사이를 윤활시킨다.
제1,2회전부재(130,140)가 회전되면, 냉매를 흡입, 압축 및 토출시킨다. 보다 상세하게, 롤러(142)와 실린더부(132)가 서로에 대해 가까와져서 접촉했다가 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간(P) 내의 베인(143)에 의해 구획된 흡입영역 및 토출영역의 체적이 각각 변하면서 냉매를 흡입, 압축 및 토출시키게 된다. 즉, 흡입영역의 체적이 점차적으로 커지면서 냉매는 밀폐용기(110)의 흡입관(114), 밀폐용기(110) 내부, 제1베어링(150)의 흡입안내유로(151), 회전축(141)의 흡입유로(141a) 및 롤러(142)의 흡입유로(142a)를 통하여 압축공간(P)의 흡입영역으로 흡입된다. 이후, 토출영역의 체적이 점차적으로 줄어들면서 냉매가 압축된 다음, 설정 압력 이상에서 토출밸브(미도시)가 개방되면, 냉매는 제1커버(133)의 토출구(133a), 제1베어링(150)의 토출안내유로(152), 밀폐용기(110)의 토출관(115)을 통하여 밀폐용기(110) 외부로 토출된다.
또한, 제1,2회전부재(130,140)가 회전되면서, 오일이 베어링(150, 160)과, 제1,2회전부재(130,140) 사이나, 제1회전부재(130)과 제2회전부재(140) 사이의 미끄럼 접촉이 이루어지는 부분으로 공급되면서 부재들 사이에 윤활이 이루어지도록 한다. 물론, 회전축(141)이 밀폐용기(110) 하부에 저장된 오일에 담겨지고, 오일을 공급할 수 있는 각종 오일공급유로가 제2회전부재(140)에 구비된다. 보다 상세하게, 회전축(141)이 밀폐용기(110) 하부에 저장된 오일에 담겨진 상태에서 회전되면, 오일이 회전축(141)의 오일공급부(141b) 내측에 구비된 나선형 부재(145) 또는 그루브를 따라 상승하고, 회전축(141)의 오일공급홀(141c)을 통하여 빠져나가서 회전축(141)과 제2베어링(160) 사이의 오일저장홈(141d)에 모아질 뿐 아니라 회전축(141), 롤러(142), 제2베어링(160), 제2커버(134) 사이를 윤활시킨다. 또한, 오일은 회전축(141)과 제2베어링(160) 사이의 오일저장홈(141d)에 모아진 상태에서 롤러(142)의 오일공급홀(142b)을 통하여 상승하고, 회전축(141) 및 롤러(142)와 제1베어링(150) 사이의 오일저장홈(141e,142c)에 모아질 뿐 아니라 회전축(141), 롤러(142), 제1베어링(150), 제1커버(133) 사이를 윤활시킨다. 그 외에도, 오일은 베인(143)과 부시(144) 사이로도 오일홈 또는 오일홀을 통하여 공급되도록 구성할 수도 있지만, 상기와 같은 구성을 생략하는 대신 부시(144) 자체를 자가 윤활이 가능한 부재로 제작할 수 있다.
상기와 같이, 냉매는 회전축(141)의 흡입유로(141a)를 흡입되고, 오일은 회전축(141)의 오일공급부(141b)를 통하여 펌핑되기 때문에 냉매가 순환하는 유로와 오일이 순환하는 유로가 회전축(141) 상에서 구획되도록 구비됨에 따라 냉매와 오일이 섞이는 것을 방지하고, 나아가 오일이 냉매와 함께 다량 빠져나가는 것을 줄일 수 있어 작동 신뢰성을 확보할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예가 도시된 측단면도이다.
본 발명에 따른 압축기의 제2실시예는 도 10에 도시된 바와 같이 밀폐용기(210)와, 밀폐용기(210) 내측에 설치된 스테이터(220)와, 스테이터(220)와 상호 작용에 의해 스테이터(220) 내측에 회전 가능하게 설치된 제1회전부재(230)와, 제1회전부재(230)의 회전력을 전달받아 제1회전부재(230)의 내측에서 회전되면서 그 사이의 냉매를 압축시키는 제2회전부재(240)와, 제1,2회전부재(230,240) 사이의 압축공간(P)으로 냉매의 흡/토출을 안내하는 머플러(150)와, 제1회전부재(230) 및 제2회전부재(240)를 밀폐용기(210) 내측에 회전 가능하도록 지지하는 베어링(260) 및 메커니컬실(Mechanical seal: 270)을 포함하도록 구성된다. 제2실시예도 상기의 제1실시예와 마찬가지로, 전동기구부는 스테이터(220) 및 제1회전부재(230)를 포함하는 일종의 BLDC 모터를 채용하고, 압축기구부는 제1회전부재(230)를 비롯하여 제2회전부재(240), 머플러(250), 베어링(260) 및 메커니컬실(270)을 포함한다. 따라서, 전동기구부의 높이를 줄이는 대신 전동기구부의 내경을 넓게 구성하여 전동기구부 내측에 압축기구부가 구비될 수 있도록 하여 전체적인 압축기 높이를 낮출 수 있다.
밀폐용기(210)는 원통형의 몸통부(211)와, 몸통부(211) 상/하부에 결합된 상/하부 쉘(212,213)로 이루어지되, 제1,2회전부재(230,240: 도 1에 도시)를 윤활시 키는 오일이 적정 높이까지 저장된다. 상부 쉘(213)의 일측에는 냉매가 흡입되는 흡입관(214)이 구비되고, 상부 쉘(213)의 중심에는 냉매가 토출되는 토출관(215)이 구비된다. 이때, 흡입관(214) 및 토출관(215)의 연결 구조에 따라 고압식 또는 저압식으로 결정된다. 본 발명의 제2실시예에서는, 저압식으로 구성되되, 이를 위하여 흡입관(214)이 밀폐용기(210)와 연결되는 동시에 토출관(215)이 압축기구부와 직접 연결된다. 따라서, 저압의 냉매가 흡입관(214)을 통하여 흡입되면, 밀폐용기(210) 내부에 충진된 상태에서 압축기구부로 유입되고, 압축기구부에서 압축된 고압의 냉매가 바로 토출관(215)을 통하여 외부로 빠져나오도록 구성된다.
스테이터(220)는 코어 및 이에 집중 권선된 코일로 이루어지되, 제1실시예의 스테이터와 동일하게 구성됨에 따라 자세한 설명은 생략한다.
제1회전부재(230)는 로터부(231)와, 실린더부(232), 축 커버(233) 및 커버(234)로 이루어진다. 로터부(131)는 스테이터(120)와의 회전 자계에 의해 스테이터(120)의 내부에서 회전하는 원통형상으로 형성되되, 회전 자계를 발생시킬 수 있도록 복수개의 영구자석(미도시)이 축방향으로 삽입된다. 실린더부(232)도 로터부(231)와 마찬가지로 내부에 압축공간(P: 도 1에 도시)을 구비하는 원통형상으로 형성된다. 제1실시예와 마찬가지로 로터부(131)와 실린더부(132)는 별도로 제작된 다음, 형합된다.
축 커버(233) 및 커버(234)는 축방향에서 로터부(231) 또는 실린더부(232)에 결합되는데, 실린더부(232)와 축 커버(233) 및 커버(234) 사이에 압축공간(P)이 형성된다. 축 커버(233)는 롤러(242)의 상면을 덮어주는 평판 형상의 커버부(233A) 와, 그 중심에 상향 돌출된 중공의 축부(233B)로 이루어진다. 축 커버(233)의 커버부(233A)에는 냉매를 압축공간으로 흡입하는 흡입구(233a)와, 압축공간(P)에서 압축된 냉매가 빠져나가는 토출구(233b) 및 이에 장착된 토출밸브(미도시)가 구비된다. 축 커버(233)의 축부(233B)에는 축 커버(233)의 토출구(233b)를 통하여 토출된 냉매를 밀폐용기(210) 외부로 안내하는 토출안내유로(233c,233d)가 구비되고, 끝단 일부 외주면이 단차지도록 형성되어 메커니컬실(270)에 삽입될 수 있도록 된다. 한편, 커버(234)도 축 커버(233)와 마찬가지로 롤러(242)의 하면을 덮어주는 평판 형상의 커버부(234a) 및 그 중심에 하향 돌출된 중공의 축부(234b)로 이루어지되, 축부(234b)가 생략되더라도 무방하지만, 하중이 작용하는 축부(234b)가 구비됨에 따라 베어링(260)과 접촉 면적이 늘어나면서 보다 안정적으로 지지될 수 있다. 이때, 축 커버 및 커버(232,234)는 축방향에서 로터부(231) 또는 실린더부(232)에 볼트 체결되기 때문에 로터부(231), 실린더부(232), 축 커버(233) 및 커버(234)는 일체로 회전하게 된다. 또한, 머플러(250)도 축 커버(233)의 축방향에서 결합되되, 머플러(250)는 축 커버(233)의 흡입구(233a)와 연통되는 흡입챔버(251)와, 축 커버(233)의 토출구(233b) 및 토출안내유로(233c,233d)와 연통되는 토출챔버(252)가 구비되되, 흡입챔버(251)와 토출챔버(252)가 구획된다. 물론, 머플러(250)의 흡입챔버(251)는 생략될 수도 있지만, 축 커버(233)의 흡입구(233a)로 밀폐용기(210) 내부의 냉매를 흡입할 수 있도록 머플러(250)의 흡입챔버(251) 및 이에 흡입구(251a)가 구비된다.
제2회전부재(240)는 회전축(241)과, 롤러(242)와, 베인(243)으로 이루어진 다. 회전축(241)은 롤러(242)의 축방향 일면 즉, 하면으로 돌출되도록 형성된다. 제2실시예의 회전축(241)은 롤러(242)의 하면으로부터만 돌출되도록 형성되기 때문에 제2실시예의 회전축(241)이 롤러(242)의 하면으로부터 돌출된 길이가 제1실시예의 회전축(141: 도 1에 도시)이 롤러(142: 도 1에 도시)의 하면으로부터 돌출된 길이보다 더 길게 형성되는 것이 제2회전부재를 보다 안정적으로 회전 지지하기에 바람직하다. 회전축(241) 및 롤러(242)는 별개로 형성되더라도 일체로 회전할 수 있도록 구성되어야 한다. 회전축(241)은 중공축 형태로 롤러(242)의 내측을 관통하도록 형성되되, 중공부는 오일이 펌핑되는 오일공급부(241a)로 구성된다. 이때, 회전축(241)의 오일공급부(241a)에는 회전력에 의한 오일의 상승을 돕는 나선형 부재가 장착되거나, 모세관 현상에 의한 오일의 상승을 돕는 그루브를 형성할 수 있으며, 회전축(241) 및 롤러(242)에는 오일공급부(241a)를 통하여 공급된 오일을 미끄럼 접촉이 일어나는 두 개 이상의 부재들 사이로 공급하기 위한 각종 오일공급홀(241b,242b) 및 오일저장홈(242a,242c)이 구비된다. 제1실시예와 마찬가지로 베인(243)이 롤러(242)의 외주면에 반경 방향으로 연장되도록 구비된다. 이와 같은 제2실시예의 베인(243) 장착구조는 제1실시예의 베인 장착구조와 동일하기 때문에 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상과 같은 제1,2회전부재(230,240)는 축방향에서 결합된 베어링(260) 및 메커니컬실(270)에 의해 밀폐용기(210) 내측에 회전 가능하도록 지지된다. 베어링(260)은 하부 쉘(113)에 볼트 고정되고, 메커니컬실(270)은 밀폐용기(211)의 토출관(215)과 연통되도록 밀폐용기(210) 내측에 용접 등에 의해 고정된다.
메커니컬실(270)은 일반적으로 고속으로 회전하는 축에서, 고정부와 회전부를 접촉하여 유체가 새는 것을 방지하는 장치로써, 움직이지 않는 밀폐용기(210)의 토출관(215)과 회전하는 축 커버(233)의 축부(233B) 사이에 설치된다. 이때, 메커니컬실(270)은 축 커버(233)를 밀폐용기(210) 내측에서 회전 가능하도록 지지하고, 축 커버(233)의 축부(233B)와 밀폐용기(210)의 토출관(215)을 연통시키는 동시에 그 사이에 냉매가 누설되지 않도록 밀봉시킨다.
베어링(260)은 회전축(241) 외주면과 커버(234)의 내주면을 회전 가능하게 지지하는 저널 베어링과, 롤러(242)의 하면 및 커버(234)의 하면을 회전 가능하게 지지하는 트러스트 베어링을 포함하도록 구성된다. 베어링(260)은 하부 쉘(213)에 볼트 체결되는 평판 형상의 지지부(261)와, 지지부(261)의 중심에 상향 돌출된 중공부(262a : 하기의 도 12에 도시)를 구비한 축부(262)로 이루어진다. 이때, 베어링(260)의 중공부(262a) 중심은 베어링(260)의 축부(262)의 중심으로부터 편심되도록 위치하되, 롤러(242)의 편심 여부에 따라 베어링(260)의 중공부(262a) 중심은 베어링(260)의 축부(262)의 중심과 일치하도록 형성될 수도 있다. 하기에서 자세하게 설명하기로 한다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예의 회전 중심선이 도시된 측단면도이다.
제1,2회전부재(230,240)가 동시에 회전되면서 냉매를 압축시킬 수 있도록 하기 위하여, 제1회전부재(230)에 대해 제2회전부재(240)가 편심되도록 위치하되, 제1,2회전부재(230,240)의 상대적인 위치를 도 11a 내지 도 11c를 참고하여 살펴볼 수 있다. 이때, a는 제1회전부재(230)의 제1회전축 중심선을 나타내되, 커버(234)의 축부(234b)의 길이 방향 중심선 또는 베어링(260)의 축부(262)의 길이방향 중심선으로 볼 수 있다. 제1실시예와 마찬가지로 제1회전부재(230)는 로터부(231)와, 실린더부(232), 축커버(233) 및 커버(234)를 포함하고 이들이 일체로 회전하므로, 이들의 회전 중심선으로 이해되어도 좋다. b는 제2회전부재(240)의 제2회전축 중심선을 나타내되, 회전축(241)의 길이 방향 중심선으로 볼 수 있다. c는 제2회전부재(240)의 길이방향 중심선을 나타내되, 롤러(242)의 길이 방향 중심선으로 볼 수 있다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 제2회전축의 중심선(b)은 제1회전축의 중심선(a)으로부터 소정 간격 이격되고, 제2회전부재(240)의 길이방향 중심선(c)은 제2회전축의 중심선(b)과 일치하도록 구성된다. 따라서, 제2회전부재(240)는 제1회전부재(230)에 대해 편심되도록 구성되고, 제1,2회전부재(230,240)가 베인(243)을 매개로 같이 회전하면, 제1실시예에서처럼 제2회전부재(240)와 제1회전부재(230)는 서로 가까와져서 접촉했다 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간 내부에서 냉매를 압축시킬 수 있다.
도 11b에 도시된 바와 같이, 제2회전축의 중심선(b)은 제1회전축의 중심선(a)으로부터 소정 간격 이격되고, 제2회전부재(240)의 길이방향 중심선(c)은 제2회전축의 중심선(b)으로부터 소정 간격 이격되도록 구성되되, 제1회전축의 중심선(a)과 제2회전부재(240)의 길이방향 중심선(c)이 일치하지 않도록 구성된다. 마찬가지로, 제2회전부재(240)는 제1회전부재(230)에 대해 편심되도록 구성되고, 제 1,2회전부재(230,240)가 베인(243)을 매개로 같이 회전하면, 제1실시예에서처럼 제2회전부재(240)와 제1회전부재(230)는 서로 가까와져서 접촉했다 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간 내부에서 냉매를 압축시킬 수 있다.
도 11c에 도시된 바와 같이, 제2회전축의 중심선(b)은 제1회전축의 중심선(a)과 일치되고, 제2회전부재(240)의 길이방향 중심선은 제1회전축의 중심선(a) 및 제2회전축의 중심선(b)으로부터 소정 간격 이격되도록 구성된다. 마찬가지로, 제2회전부재(240)는 제1회전부재(230)에 대해 편심되도록 구성되고, 제1,2회전부재(230,240)가 베인(243)을 매개로 같이 회전하면, 제1실시예에서처럼 제2회전부재(240)와 제1회전부재(230)는 서로 가까와져서 접촉했다 멀어지는 주기를 반복하면서 압축공간 내부에서 냉매를 압축시킬 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예가 도시된 분해 사시도이다.
본 발명에 따른 압축기의 제2실시예의 결합 일예를 도 10 및 도 12를 참조하여 살펴보면, 로터부(231) 및 실린더부(232)가 별도로 제작된다. 회전축(241), 롤러(242) 및 베인(243)도 일체로 제작되는 것이 바람직하다. 다르게는 별개로 제작될 수도 있는 일체로 회전하도록 결합되어야 한다. 실린더부(231) 내측에 베인(243)이 부시(244)에 의해 끼워지되, 전체적으로 로터부(231) 및 실린더부(232) 내측에 회전축(241), 롤러(242) 및 베인(243)이 장착된다. 축 커버(233) 및 커버(234)가 로터부(231) 및 실린더부(232)의 축방향에서 볼트 결합되되, 축 커버(233)는 롤러(242)의 상면을 덮어주도록 설치되는 반면, 커버(234)는 회전축(241)이 관통된 상태에서 롤러(242)를 덮어주도록 설치된다. 또한, 머플러(250) 가 축 커버(233)의 축방향에서 볼트 체결되되, 축 커버(233)의 축부(233B)가 머플러(250)의 축 커버 장착구(253)에 끼워져 머플러(250)를 관통하도록 설치된다. 물론, 냉매가 축 커버(233)와 머플러(250) 사이로 누설되는 것을 방지하기 위하여 축 커버(233)와 머플러(250)의 결합 부분에는 별도의 밀봉부재(미도시)가 추가되는 것이 바람직하다.
이와 같이 제1,2회전부재(230,240)가 조립된 회전 조립체가 조립되면, 베어링(260)을 하부 쉘(213)이 볼트 체결한 다음, 회전 조립체를 베어링(260)에 조립하되, 커버(234)의 축부(234a) 내주면이 베어링(260)의 축부(262) 외주면에 접하고, 회전축(241)의 외주면이 베어링(260)의 중공부(262a)에 접하게 된다. 이후, 스테이터(220)를 몸통부(211)에 압입하고, 몸통부(211)를 하부 쉘(212)에 결합하되, 스테이터(220)가 회전 조립체 외주면에 간극을 유지하도록 위치된다. 이후, 메커니컬실(250)을 토출관(215)과 연통되도록 상부 쉘(212) 내측에 결합하고, 메커니컬실(250)이 고정된 상부 쉘(212)을 몸통부(211)에 결합하되, 메커니컬실(250)에 축 커버(233)의 축부(233B) 외주면에 단차진 부분에 삽입된다. 물론, 메커니컬실(270)은 축 커버(233)의 축부(233B)와 상부 쉘(212)의 토출관(215)이 연통되도록 결합시킨다.
따라서, 제1,2회전부재(230,240)가 조립된 회전 조립체, 스테이터(220)가 장착된 몸통부(211), 메커니컬실(270)이 장착된 상부 쉘(212), 베어링(260)이 장착된 하부 쉘(213)이 축방향으로 결합되면, 메커니컬실(270) 및 베어링(260)이 축방향에서 회전 조립체를 회전 가능하도록 밀폐용기(210)에 지지한다.
도 13은 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예에서 냉매 유동 및 오일 흐름이 도시된 측단면도이다.
본 발명에 따른 압축기의 제2실시예의 동작을 도 10 및 도 13을 참조하여 살펴보면, 전류가 스테이터(220)에 공급됨에 따라 스테이터(220)와 로터부(231) 사이에 회전 자계가 발생되고, 로터부(231)의 회전력에 의해 제1회전부재(230) 즉, 로터부(231) 및 실린더부(232), 축 커버(233) 및 커버(234)가 일체로 회전된다. 이때, 베인(234)이 실린더부(231)에 왕복 직선 운동 가능하도록 설치됨에 따라 제1회전부재(230)의 회전력을 제2회전부재(240)로 전달하고, 제2회전부재(240) 즉, 회전축(241), 롤러(242) 및 베인(243)이 일체로 회전된다. 이때, 도 11a 내지 도 11c에 도시된 바와 같이 제1,2회전부재(230,240)가 편심되도록 위치하기 때문에 실린더부(232)와 롤러(242)는 서로에 대해 가까와졌다가 접촉하고 멀어지는 주기를 반복하면서 베인(243)에 의해 구획된 흡입영역과 토출영역의 체적이 가변되고, 그에 따라 냉매를 압축시키는 동시에 오일을 펌핑하여 미끄럼 접촉하는 두 부재 사이를 윤활시킨다.
제1,2회전부재(230,240)가 베인(243)을 매개로 회전되면, 냉매를 흡입, 압축 및 토출시킨다. 보다 상세하게, 서로 회전하면서 롤러(242)와 실린더부(232)가 서로에 대해 가까와졌다가 접촉하고 멀어지는 주기를 반복하고, 베인(243)에 의해 구획된 흡입영역 및 토출영역의 체적이 각각 변하면서 냉매를 흡입, 압축 및 토출시키게 된다. 즉, 양자의 회전에 따라 흡입영역의 체적이 점차적으로 커지면서, 냉매는 밀폐용기(210)의 흡입관(214), 밀폐용기(210) 내부, 머플러(250)의 흡입 구(251a) 및 흡입챔버(251), 축 커버(233)의 흡입구(233a)를 통하여 압축공간(P)의 흡입영역으로 흡입된다. 동시에, 양자의 회전에 따라 토출영역의 체적이 점차적으로 작아지면서, 냉매가 압축된 다음, 설정 압력 이상에서 토출밸브(미도시)가 개방되면, 냉매는 축 커버(233)의 토출구(233b), 머플러(250)의 토출챔버(252), 축 커버(233)의 토출유로(233c,233d), 밀폐용기(210)의 토출관(215)을 통하여 밀폐용기(210) 외부로 토출된다. 물론, 고압의 냉매가 머플러(250)의 토출챔버(252)를 통과하면서 소음이 저감된다.
또한, 제1,2회전부재(230,240)가 회전되면, 오일이, 베어링(260) 및 제1,2회전부재(230,240) 사이의 미끄럼 접촉이 이루어지는 부분으로 공급되면서 부재들 사이에 윤활이 이루어지도록 한다. 물론, 회전축(241)이 밀폐용기(210) 하부에 저장된 오일에 담겨지고, 오일을 공급할 수 있는 각종 오일공급유로가 제2회전부재(240)에 구비된다. 보다 상세하게, 회전축(241)이 밀폐용기(210) 하부에 저장된 오일에 담겨진 상태에서 회전되면, 오일이 회전축(241)의 오일공급부(241a) 내측에 구비된 나선형 부재(245) 또는 그루브를 따라 상승하고, 회전축(241)의 오일공급홀(241b)을 통하여 빠져나가서 회전축(241)과 베어링(160) 사이의 오일저장홈(241c)에 모아질 뿐 아니라 회전축(241), 롤러(242), 베어링(260), 커버(234) 사이를 윤활시킨다. 또한, 오일은 회전축(241)과 베어링(260) 사이의 오일저장홈(241c)에 모아진 상태에서 롤러(242)의 오일공급홀(242b)을 통하여 상승하고, 회전축(241) 및 롤러(242)와 축 커버(233) 사이의 오일저장홈(233e,242c)에 모아질 뿐 아니라 회전축(241), 롤러(242), 축 커버(233) 사이를 윤활시킨다. 제2실시례에 서는 롤러(242)에 오일공급홀(242b)가 필요없을 수도 있다. 오일공급부(242a)가 롤러(242)와 축 커버(233)가 접촉하는 높이까지도 연장되어 여기를 통해 곧바로 오일저장홈(233e, 242c)까지 오일을 공급하는 것이 가능하기 때문이다. 그 외에도, 오일은 베인(243)과 부시(244) 사이로도 오일홈 또는 오일홀을 통하여 공급되도록 구성할 수도 있지만, 제1실시예에서 밝힌 바와 같이 부시(144) 자체를 자가 윤활이 가능한 부재로 제작할 수 있다.
상기와 같이, 냉매는 축 커버(233)와 머플러(250)를 통하여 흡/토출되고, 오일은 회전축(241) 및 롤러(242)를 통하여 부재들 사이로 공급되기 때문에 냉매가 순환하는 유로와 오일이 순환하는 유로가 별도의 부재로 이루어짐에 따라 냉매와 오일이 섞이는 것을 방지하고, 나아가 오일이 냉매와 함께 다량 빠져나가는 것을 줄일 수 있어 작동 신뢰성을 확보할 수 있다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시예 및 첨부도면에 기초하여 예로 들어 상세하게 설명하였다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예가 도시된 측단면도.
도 2는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 전동기부 일예가 도시된 분해 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 압축기구부 일예가 도시된 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 베인 장착구조의 일예가 도시된 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 지지부재 일예가 도시된 분해 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예가 도시된 분해 사시도.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예의 회전 중심선이 도시된 측단면도.
도 9는 본 발명에 따른 압축기의 제1실시예에서 냉매 유동 및 오일 흐름이 도시된 측단면도.
도 10은 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예가 도시된 측단면도.
도 11은 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예가 도시된 분해 사시도.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예의 회전 중심선이 도시된 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 압축기의 제2실시예에서 냉매 유동 및 오일 흐름이 도시된 측단면도.

Claims (14)

  1. 압축공간이 내부에 구비되고, 회전 가능하게 설치된 실린더;
    실린더의 내주면과 접촉과 이격을 반복하면서 회전함으로써 압축공간 내부에서 냉매를 압축시키는 롤러;
    롤러와 일체로 회전하는 롤러 회전축;
    실린더로부터 롤러 및 롤러 회전축으로 회전력을 전달하고, 압축공간을 냉매가 흡입되는 흡입영역 및 냉매가 압축/토출되는 압축영역으로 구획하는 베인;
    실린더의 외측에 구비된 스테이터; 그리고,
    스테이터로부터의 회전 전자기장에 의해 스테이터의 내부에서 회전하고, 실린더에 회전력을 제공하도록 실린더 외주면에 형합된 로터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    실린더는 외주면에 한 쌍의 돌기가 구비되고,
    로터는 내주면에 실린더의 돌기와 맞물리는 홈이 구비된 것을 특징으로 하는 압축기.
  3. 제1항에 있어서,
    실린더 및 로터의 축방향에서 결합되고, 그 사이에 압축공간을 형성하되, 롤 러 회전축이 관통되는 제1커버 및 제2커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    제1커버 및 제2커버는 실린더와 축방향으로 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 압축기.
  5. 제3항에 있어서,
    제1커버 및 제2커버 중 하나 이상은 로터와 축방향으로 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    실린더 및 로터의 축방향에서 결합되고, 그 사이에 압축공간을 형성하되, 롤러 회전축을 덮어주는 축 커버 및 롤러 회전축이 관통되는 커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  7. 제6항에 있어서,
    축 커버 및 커버는 실린더와 축방향으로 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 압축기.
  8. 제6항에 있어서,
    축 커버의 축방향에서 결합되고, 압축공간으로 흡/토출되는 냉매가 통과하는 흡입챔버 및 토출챔버가 구획된 머플러;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    머플러는 축 커버와 축방향으로 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 압축기.
  10. 제6항에 있어서,
    축 커버 및 커버 중 하나 이상은 로터와 축방향으로 볼트 체결된 것을 특징으로 하는 압축기.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    롤러 회전축, 롤러, 베인은 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 압축기.
  12. 제11항에 있어서,
    실린더는 베인 장착구를 포함하고, 베인을 가이드하는 부시(Bush)가 베인 장착구 내에 장착된 것을 특징으로 하는 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    베인 장착구는 실린더의 내주면과 연통되도록 길이방향으로 관통되고,
    부시는 베인의 양측면과 맞닿도록 베인 장착구에 한 쌍이 구비된 것을 특징으로 하는 압축기.
  14. 제12항에 있어서,
    베인은 롤러 회전축의 중심을 향하도록 롤러의 반경 방향으로 연장되고,
    부시 및 베인 장착구는 베인을 롤러의 반경 방향으로 왕복 직선 운동하도록 안내하는 것을 특징으로 하는 압축기.
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