KR20110055249A - 소형 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더와 그 내부에서 편심 샤프트에 결합되어 회전되는 롤러의 접촉면을 연질화 처리하여 실린더와 롤러 간의 접촉면에서의 마모를 최소화함과 아울러, 베인과 균형추의 구조를 개선하여 내구성을 향상시키고 소음발생을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 소형 로터리 압축기에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은, 공기 흡입관과 압축된 공기가 배출되는 토출관이 구비된 케이스; 상기 흡입관에 소통되는 공간부가 내부에 마련되고, 일측에는 상기 흡입관을 통해 유입된 공기가 압축된 후에 배출되는 공기배출구가 형성된 실린더; 상기 실린더 내부에서 회전중심으로부터 편심되어 회전되는 샤프트; 상기 샤프트의 둘레에 결합되어 일체로 회전되며, 편심된 일측면은 상기 실린더의 내벽에 접촉된 상태로 슬라이딩 회전되어 상기 공간부 내부의 공기를 압축하는 롤러; 상기 롤러의 외주면에 가압 접촉되도록 탄성지지되어 상기 실린더 내부의 공간부를 구획하는 베인;및 상기 샤프트에 축 결합되어 일체로 회전되는 회전자;를 포함하되, 상기 실린더와 상기 롤러가 접촉되는 표면에는 연질화 처리된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 한다.

로터리 압축기, 실린더, 롤러, 연질화, 베인, 균형추

Description

소형 로터리 압축기{Small sized rotary compressor}

본 발명은 소형 로터리 압축기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더와 그 내부에서 편심 샤프트에 결합되어 회전되는 롤러의 접촉면을 연질화 처리하여 실린더와 롤러 간의 접촉면에서의 마모를 최소화함과 아울러, 베인과 균형추의 구조를 개선하여 내구성을 향상시키고 소음발생을 최소화할 수 있는 구조를 갖는 소형 로터리 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉매가스를 압축→응축→팽창→증발의 4과정을 연속적으로 수행하여 냉방 또는 냉각시키는 냉매싸이클에 있어서, 압축기는 증발기에서 열교환을 거친 저온저압의 기체냉매를 고온고압으로 압축시켜 응축기로 공급하는 장치이다.

이러한 압축기에는 다양한 형태가 있으며, 근래에는 일정한 회전속도로 구동되는 압축기보다 압축기의 용량을 자유로이 조절할 수 있는 로터리 압축기가 많이 사용되어지고 있다.

이러한 로터리 압축기에는 일반적으로 밀폐된 용기 내에 흡입구를 통해 유입되는 냉매가스를 압축하는 실린더가 구비되고, 상기 실린더 내부에는 샤프트와 일체로 결합된 롤러를 포함한다.

상기 롤러는 샤프트의 회전중심에서 일측으로 편심되도록 구성되며, 상기 샤프트의 상단부는 전동기의 회전자에 고정 설치되어 있다.

이와 같은 로터리 압축기는 전동기에 전원이 인가되어 회전자 둘레의 고정자에 자계가 형성됨에 따라서 상기 회전자가 회전하게 되고, 이와 연동하여 상기 회전자에 연결된 샤프트와 롤러가 회전하면서 흡입관을 통해 유입되는 냉매가스가 실린더 내에서 압축되어 응축기 측으로 토출되는 구조로 이루어져 있다.

그런데 종래의 압축기는 실린더 내의 냉매 압력이 롤러의 회전에 따라 저압상태에서 고압상태로 변하게 되는데, 금속재질로 구성되고 테프론 코팅처리된 실린더의 내벽과 롤러가 서로 접촉된 상태에서 반복적으로 장시간 구동하게 되면, 그 접촉 부위가 마모되어 실린더의 내벽과 롤러 사이의 틈새로 기체냉매가 누출되어 압력손실이 발생되고, 이에 따라 정격 압력으로 냉매를 압축할 수 없는 문제점이 있다.

그리고 상기 실린더에는 편심된 상태로 회전되는 롤러의 외주면에 접촉되도록 탄성부재에 의해 탄성지지되어, 상기 실린더 내부 공간으로 유입되는 저압의 냉매와 고압으로 압축된 냉매를 양측으로 구획하는 베인이 설치된다.

그런데 상기 베인의 끝단면과 롤러의 외주면이 가압 접촉된 상태에서 롤러가 회전하게 되므로 베인의 끝단면과 롤러의 외주면이 서로 접촉되는 부위에서의 마찰로 인해 베인의 끝단면이 쉽게 마모되고, 탄성지지력이 미치는 한계를 넘는 정도로 베인이 마모될 경우에는 롤러의 외주면을 향하여 작용하는 베인의 가압력이 저하되어 결국에는 실린더 내부 공간을 저압의 냉매와 고압의 냉매로 구획하는 베인의 기 능을 상실하게 되는 문제점이 있었다.

한편 종래 로터리 압축기에는 상기 편심된 샤프트의 회전관성을 상쇄하여 회전 균형을 맞추기 위하여, 상기 샤프트와 연동하여 회전되는 회전자의 일면에 상기 편심된 측의 반대측 방향으로 원호형상의 균형추가 구비되는데, 상기 균형추가 회전자와 일체로 회전되는 과정에서 고압상태로 이송되는 냉매 및 윤활오일과 충돌되어 심한 소음을 유발하는 문제점이 있었다.

또한 종래의 로터리 압축기의 케이스는 통상 상부와 중간부 및 하부 케이스가 상하로 적층되어 그 경계면에 다수의 볼트를 이용하여 체결하는 구조로 이루어져 있어 소형 경량화된 로터리 압축기를 제작할 경우 그 구조가 복잡해지고 조립이 용이하지 않을 뿐만 아니라 경량화에 반하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 실린더의 내벽과 롤러 간의 접촉부위, 그리고 롤러와 베인 간의 접촉부위에서 마찰로 인한 마모를 최소화함으로써 내구성을 향상시킬 수 있는 소형 로터리 압축기를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 케이스의 결합구조를 간소화하여 제작 및 조립이 용이하고 초경량화된 소형 로터리 압축기를 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 소형 로터리 압축기는, 공기 흡입관과 압축된 공기가 배출되는 토출관이 구비된 케이스; 상기 흡입관에 소통되는 공간부가 내부에 마련되고, 일측에는 상기 흡입관을 통해 유입된 공기가 압축된 후에 배출되는 공기배출구가 형성된 실린더; 상기 실린더 내부에서 회전중심으로부터 편심되어 회전되는 샤프트; 상기 샤프트의 둘레에 결합되어 일체로 회전되며, 편심된 일측면은 상기 실린더의 내벽에 접촉된 상태로 슬라이딩 회전되어 상기 공간부 내부의 공기를 압축하는 롤러; 상기 롤러의 외주면에 가압 접촉되도록 탄성지지되어 상기 실린더 내부의 공간부를 구획하는 베인;및 상기 샤프트에 축 결합되어 일체로 회전되는 회전자;를 포함하되, 상기 실린더와 상기 롤러가 접촉되는 표면에는 연질화 처리된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 연질화 처리된 코팅층은 질화층으로 구성될 수 있다.

또한 상기 롤러와 접촉되는 상기 베인의 일측면에는 베어링이 구비되어 베인 끝단면의 마찰에 의한 마모를 최소화하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 회전자의 저면에는 상기 편심된 샤프트의 회전관성을 상쇄하기 위한 원호 형상의 균형추가 추가로 구비되며, 상기 균형추의 양측면에는 상기 회전자측으로 경사진 경사면이 형성되어 압축된 냉매와 윤활오일과의 마찰시 발생되는 소음을 최소화할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 케이스는 상부 케이스와 중간부 케이스 및 하부 케이스가 상하로 적층되어 결합되고, 각각의 경계면은 용접 결합되어 소형 로터리 압축기의 조립구조를 간소화한 것에도 특징이 있다.

본 발명에 따른 소형 로터리 압축기에 의하면, 실린더의 내벽과 로터의 외주면이 접촉되는 부위를 연질화 처리하고, 롤러의 외주면에 가압 접촉되는 베인의 끝단면에 베어링을 추가로 설치함으로써, 접촉마찰로 인한 마모를 최소화하여 내구성을 향상시킴과 아울러 접촉부위에서의 소음을 현저히 줄일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의하면 용접에 의해 케이스를 조립함으로써 구조가 간소화되고 제작이 용이해짐은 물론 초경량화된 소형 로터리 압축기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 외관 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 분해 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 공기 압축과정을 설명하기 위한 평면 단면도, 도 4a는 종래 소형 로터리 압축기의 베인을 확대 도시한 사시도, 도 4b는 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 베인을 확대 도시한 사시도, 도 5a는 종래 소형 로터리 압축기의 회전자에 구비되는 균형추를 확대 도시한 사시도, 도 5b는 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 회전자에 구비되는 균형추를 확대 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 소형 로터리 압축기는, 하부 케이스(10)와 중간부 케이스(20) 및 상부 케이스(30)가 상하로 적층되고, 각각의 적층된 경계면은 용접에 의해 상호 조립된 구조를 갖는다.

그리고 상기 하부 케이스(10)의 일측에는 저압상태의 공기(냉매가스)가 유입되는 흡입관(11)이 형성되고, 상기 상부 케이스(30)의 일측에는 고압상태로 압축된 공기가 배출되는 토출관(31)이 형성되어 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 소형 로터리 압축기의 내부 구성 및 작용을 함께 설명한다.

하부 케이스(10)의 내부에는 상기 흡입관(11)을 통해 유입된 저압상태의 공기를 고압상태로 압축하기 위한 실린더(50)가 구비된다. 상기 흡입관(11)은 하부 케이스(10)의 일측면을 관통하여 상기 실린더(50)의 내부와 소통되도록 연결된다.

상기 실린더(50)는 실린더 고정볼트(51)와 오링(52)에 의해 기밀이 유지된 상태로 하부 케이스(10)의 내측으로 관통되어 결합되고, 상기 실린더(50)의 저면에는 하판 고정볼트(41)에 의해 하판(40)이 결합된다.

도 3을 함께 참조하면, 상기 실린더(50)의 내부에는 상기 흡입관(11)과 그 내측의 슬리브(11a)에 소통되는 원형 단면의 공간부가 마련된다. 상기 실린더(50) 내부의 공간부에는 상하로 설치되어 회전되며 회전중심으로부터 편심된 샤프트(60)와 상기 샤프트(60)의 외주면 둘레에 체결되어 상기 샤프트(60)와 일체로 회전되는 롤러(70)가 구비된다.

상기 샤프트(60)의 회전중심은 상기 공간부의 중앙에 위치된다.

상기 샤프트(60)의 회전중심으로부터 가장 편심된 롤러(70)의 일측면은 상기 샤프트(60)의 회전시에 실린더(50)의 내벽에 접촉된 상태를 유지하면서 슬라이딩 회전하게 된다. 따라서 상기 롤러(70)는 실린더(50)의 내벽과 롤러(70)의 외주면 사이 공간부에 수용된 공기를 상기 롤러(70)의 회전방향 측으로 이송하면서 압축하는 역할을 한다.

그리고 상기 실린더(50)에는 흡입관(11)이 형성된 일측에 상기 롤러(70)의 외주면에 가압 접촉된 상태를 유지하도록 탄성지지되어 상기 실린더(50)의 내부 공간부를 저압공기 공간부(L)와 고압공기 공간부(H)로 구획하는 베인(52)이 설치되고, 상기 고압공기 공간부(H)에는 베인(52)의 일측으로 압축된 공기가 배출되는 통로 역할을 하는 공기배출구(15)가 상하방향으로 소통되도록 형성되어 있다.

상기 베인(52)은 실린더(50)의 내벽으로부터 하부 케이스(10)를 향하여 천공된 슬롯(53)에 삽입되는 스프링(54)에 의해 일측면이 탄성지지되어 타측면이 상기 롤러(70)의 외주면에 가압된 상태로 접촉되는 직육면체 형상으로 구성될 수 있으며, 상기 롤러(70)가 회전중심에서 편심된 상태로 회전하게 되면 상기 롤러(70)의 외주면에 접촉되는 베인(52)은 스프링(54)에 의해 탄성지지되면서 슬롯(53)의 내부에서 좌우로 왕복운동하게 된다.

상기 실린더(50)에서의 공기 압축과정을 설명하면, 흡입구(11)로 유입되어 저압공기 공간부(L)에 수용되는 공기는 롤러(70)가 회전함에 따라서 점차 가압되면서 고압공기 공간부(H)측으로 이송되고, 일정 수준 이상의 압력이 형성되면 상기 공기배출구(15)를 통해 배출되며, 롤러(70)의 회전에 따라서 이러한 공기 유입과 압축 및 배출 과정을 반복 수행하게 된다.

여기서, 종래의 로터리 압축기는 금속재질로 이루어지고 표면에 테프론 코팅처리된 실린더(50)의 내벽과 롤러(70)가 서로 접촉되어 슬라이딩 회전되는 과정에서 마찰로 인해 마모가 발생되는 문제점이 있었다.

그러나 본 발명에서는 상기 실린더(50)의 내벽과 롤러(70)의 외주면을 연질화 처리하여 코팅층을 형성함으로써 이러한 마모현상을 최소화한 점에 특징이 있다.

본 실시예에서는 상기 연질화 처리를 통해 질화층을 형성한 것이며, 그 과정은 460 내지 630℃의 온도에서, NH₃ 가스와 촉매인 Rx 가스(엔도(endo)가스)를 2시간 내지 24시간 공급하여, 실린더(50)의 내벽과 롤러(70)의 외주면에 8 내지 15㎛ 두께의 질화층을 형성하게 된다. 여기서, 상기 NH₃ 가스는 직접 표면을 질화시키는 것이며, Rx 가스는 그 질화의 촉매로 이용된다.

이러한 연질화 처리를 하게 되면, 종래 테프론 코팅층에 비해 경도가 대폭 향상되므로 실린더(50)의 내벽과 롤러(70)의 외주면 간의 접촉부위에서의 내마모성 및 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마찰에 의한 소음발생 또한 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

또한 도 4a에 도시된 종래의 베인(51)은 롤러(70)와 직접 면접촉되는 구조로 이루어져 있어, 롤러(70)의 외주면에 가압 접촉되는 접촉면(51a)은 마찰로 인한 마모량이 큰 문제점이 있었으나, 본 발명에서는 도 4b에 도시된 바와 같이 롤러(70)의 외주면에 가압 접촉되는 접촉면에 베어링(52a)를 설치함으로써 이러한 종래의 문제점을 해결하였다.

다시 도 2를 참조하면, 상기 실린더(50)의 상면에는 상판(80)이 고정볼트(81)에 의해 결합된다. 상기 상판(80)의 상면 일측에는 배출밸브 안착홈(95)이 형성되어, 박판 형의 리드(92)와 리테이너(94)로 구성된 배출밸브(90)가 고정볼트(91)에 의해 결합된다.

상기 배출밸브(90)는 실린더(50)에서 압축되어 공기배출구(15)를 통해 상측으로 배출되는 압축공기의 공기압이 소정 압력 이상이 되면 상기 리드(92)가 상측으로 들어올려지면서 그 틈새로 압축공기가 배출된다.

상기 리드(92)는 배출밸브 안착홈(95)의 바닥면에 밀착되는 편평한 박판으로 이루어지고, 상기 리테이너(94)는 상기 리드(92)의 상측으로 소정 간격 이격되도록 절곡 구성되어, 상기 리드(92)가 상측으로 들어올려지는 높이를 제한하게 된다.

상기 상판(80)의 상측에는 중앙부에 샤프트(60)가 관통되고 압축된 공기가 이동하는 통로 역할을 하는 원형홀이 형성된 상부덮개(100)가 고정볼트(101)에 의해 결합된다.

그리고 상기 상부덮개(100)의 상측에는 고정자(110)와 그 내측의 회전자(130)로 이루어진 전동기가 설치된다. 상기 고정자(110)에는 전원의 인가시에 자계를 형성하기 위한 코일이 감겨지고, 상기 회전자(130)의 저면에는 편심된 샤프트(60)의 회전관성을 상쇄하여 회전 균형을 맞추기 위한 원호 형상의 균형추(120)가 고정볼트(121)에 의해 체결된다.

상기 회전자(130)의 중앙부에는 상하로 관통된 홀이 형성되고, 상기 홀의 내부에는 단턱(미도시됨)이 형성되어 샤프트 고정볼트(61)와 와셔(62)가 걸려서 고정되고, 상기 샤프트 고정볼트(61)는 하측으로 샤프트(60)의 상단부에 나사결합된다.

그리고 상기 샤프트(60)의 내부에는 상하로 개통되는 빈 공간이 형성되어 압축된 공기와 압축기 구성품의 윤활을 위한 윤활오일이 통과되는 유로를 제공하게 되며, 상기 샤프트(60) 내부의 유로상에는 스크류(55)가 설치되어 샤프트(60)의 회전시 상기 압축공기와 윤활오일을 상측으로 유도하게 된다.

이렇게 상측으로 이송되는 압축공기와 윤활오일은 고속회전되는 회전자(130)와 일체로 연동하여 회전되는 균형추(120)의 양측면에 충돌하게 된다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 종래 로터리 압축기에 설치된 균형추(119)는 회전방향의 양측면이 수직면(119a)으로 이루어져 있어 압축공기와 윤활오일의 충돌시 심한 소음이 유발되는 문제점이 있었다.

그러나 본 발명에서는 도 5b에 도시된 바와 같이 균형추(120)의 회전방향의 양측면이 경사면(120a)으로 구성되어 압축공기와 윤활오일이 경사면(120a)에 충돌되더라도 충돌저항을 줄일 수 있어 소음발생을 감소할 수 있게 된다.

그리고 상측으로 이송된 압축공기는 상부 케이스(30)의 일측에 형성된 토출관(31)을 통해 배출된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 흡입된 공기를 압축하는 실린더(50)와 롤러(70)를 연질화 처리하고 베인(52)의 끝단 접촉면에 베어링(52a)을 설치함으로써 구성부품의 내구성을 향상시키고, 회전자(130)의 균형추(120)에 경사면을 형성하여 압축 공기의 이송과정에서 발생되는 소음을 감소시킴과 아울러, 케이스의 결합구조를 간소화하여 소형 경량화된 로터리 압축기를 제공할 수 있도록 구성된 점에 기술적 특징이 있으며, 이러한 소형 로터리 압축기는 개인용 냉각장치, 소형 냉장고 등과 같이 소형 경량화가 요구되는 휴대용 냉각기기에 유용하게 활용될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 외관 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 공기 압축과정을 설명하기 위한 평면 단면도,

도 4a는 종래 소형 로터리 압축기의 베인을 확대 도시한 사시도,

도 4b는 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 베인을 확대 도시한 사시도,

도 5a는 종래 소형 로터리 압축기의 회전자에 구비되는 균형추를 확대 도시한 사시도,

도 5b는 본 발명에 따른 소형 로터리 압축기의 회전자에 구비되는 균형추를 확대 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 하부 케이스 11 : 흡입관

20 : 중간부 케이스 30 : 상부 케이스

31 : 토출관 40 : 하판

50 : 실린더 51,52 : 베인

54 : 스프링 55 : 스크류

60 : 샤프트 70 : 롤러

80 : 상판 90 : 배출밸브

92 : 리드 94 : 리테이너

100 : 상부덮개 110 : 고정자

119,120 : 균형추 119a : 수직면

120a : 경사면 130 : 회전자

Claims (5)

1. 공기 흡입관과 압축된 공기가 배출되는 토출관이 구비된 케이스;

   상기 흡입관에 소통되는 공간부가 내부에 마련되고, 일측에는 상기 흡입관을 통해 유입된 공기가 압축된 후에 배출되는 공기배출구가 형성된 실린더;

   상기 실린더 내부에서 회전중심으로부터 편심되어 회전되는 샤프트;

   상기 샤프트의 둘레에 결합되어 일체로 회전되며, 편심된 일측면은 상기 실린더의 내벽에 접촉된 상태로 슬라이딩 회전되어 상기 공간부 내부의 공기를 압축하는 롤러;

   상기 롤러의 외주면에 가압 접촉되도록 탄성지지되어 상기 실린더 내부의 공간부를 구획하는 베인;및

   상기 샤프트에 축 결합되어 일체로 회전되는 회전자;를 포함하되,

   상기 실린더와 상기 롤러가 접촉되는 표면에는 연질화 처리된 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 소형 로터리 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연질화 처리된 코팅층은 질화층인 것을 특징으로 하는 소형 로터리 압축기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 롤러와 접촉되는 상기 베인의 일측면에는 베어링이 구비된 것을 특징으로 하는 소형 로터리 압축기.
4. 제1항에 있어서,

   상기 회전자의 저면에는 상기 편심된 샤프트의 회전관성을 상쇄하기 위한 원호 형상의 균형추가 추가로 구비되며, 상기 균형추의 양측면에는 상기 회전자측으로 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 소형 로터리 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 케이스는 상부 케이스와 중간부 케이스 및 하부 케이스가 상하로 적층되어 결합되고, 각각의 경계면은 용접 결합된 것을 특징으로 하는 소형 로터리 압축기.

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