KR20110064668A - 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것이다. 본 발명은, 양측 실린더 사이에 구비되는 중간플레이트에 한 개의 흡입구멍을 형성하고 상기 흡입구멍의 양측에는 그 흡입구멍과 상기 실린더들에 구비되는 흡입홈들 사이를 연통시키는 분지구멍들을 형성하며 상기 흡입구멍과 분지구멍의 규격을 적절하게 규정함으로써 상기 흡입구멍을 통해 흡입되는 냉매가 양쪽 압축공간으로 적절하게 분배되어 압축기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

로터리 압축기, 흡입구멍, 분지구멍, 흡입홈

Description

로터리 압축기{ROTARY COMPRESSOR}

본 발명은 롤링피스톤과 베어링 사이의 윤활성능을 높이고 압축실로 흡입되는 냉매에 대한 흡입율을 높일 수 있는 로터리 압축기에 관한 것이다.

일반적으로 냉매 압축기는 냉장고나 에어콘과 같은 증기압축식 냉동사이클(이하, 냉동사이클로 약칭함)에 적용되고 있다. 상기 냉매 압축기는 일정한 속도로 구동되는 등속형 압축기 또는 회전 속도가 제어되는 인버터형 압축기가 소개되고 있다.

상기 냉매 압축기는 통상 전동기인 구동모터와 그 구동모터에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 상기 구동모터가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다. 그리고 상기 냉매 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 왕복동식, 스크롤식, 로터리식 등으로 구분될 수 있다.

상기 로터리 압축기는 실린더의 압축공간에서 편심 회전운동을 하는 롤링피스톤과 그 롤링피스톤에 접하여 상기 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획 하는 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식이다.

근래에는 복수 개의 실린더를 구비하여 그 복수 개의 실린더를 함께 운전시키거나 또는 적어도 한 개의 실린더는 공회전할 수 있도록 구비하는 복식 로터리 압축기가 알려져 있다.

상기 복식 로터리 압축기는 양측 실린더에 각각 흡입관을 연결하는 독립 흡입 방식이 적용되거나, 또는 상기 양측 실린더 중에서 어느 한 개의 실린더에 공용 흡입관을 연결하거나 또는 양측 실린더 사이에 설치되어 압축공간을 분리하는 중간플레이트에 한 개의 공용 흡입관을 연결하는 통합 흡입 방식이 적용될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 로터리 압축기 중에서 한 개의 공용 흡입관을 갖는 복식 로터리 압축기에서는, 냉매가 양쪽 실린더의 압축공간으로 적절하게 분배되어야 균일한 압축성능을 발생할 수 있으나 이에 대한 구체적인 형상이나 규격이 마련되지 않아 압축기 성능을 높이는데 한계가 있었다.

본 발명의 목적은, 한 개의 공용 흡입관을 갖는 복식 로터리 압축기에서 냉매가 양쪽 실린더의 압축공간으로 균일하게 분배될 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 해결하기 위하여, 냉매흡입관과 냉매토출관이 결합되는 케이싱; 상기 냉매흡입관과 연통되는 한 개의 흡입구멍이 형성되고 그 흡입구멍에서 양쪽 방향으로 분지구멍들이 각각 형성되는 중간플레이트; 상기 중간플레이트를 사이에 두고 양측에 각각 구비되며 상기 분지구멍에서 압축공간으로 연통되도록 흡입홈이 각각 형성되는 복수 개의 실린더; 및 상기 실린더들의 측면에 구비되어 함께 압축공간을 형성하고 그 압축공간에서 압축된 냉매를 토출하도록 토출구가 형성되는 복수 개의 베어링;를 포함하고, 상기 분지구멍들은 상기 흡입구멍의 중심선에 대해 0°보다 크고 90°보다 작은 경사각을 가지도록 형성되는 로터리 압축기가 제공된다.

여기서, 상기 흡입구멍의 단면적은 상기 분지구멍의 단면적 대비 2배 이상 크거나 같게, 즉 상기 흡입구멍의 단면적은 상기 분지구멍의 단면적 대비 2배 이상 크거나 같고 2.5배 보다는 작거나 같게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 흡입구멍의 직경은 상기 분지구멍의 직경 대비 1.4배 보다는 크거나 같게, 즉 상기 흡입구멍의 직경은 상기 분지구멍의 직경 대비 1.4배 보다는 크거나 같고 1.6배 보다는 작거나 같게 형성될 수 있다.

그리고, 상기 분지구멍의 직경(D1) 대비 상기 토출구들 직경(P) 비율(P/D1)은 0.7 ≤ P/D1 ≤ 1의 범위가 되도록 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 로터리 압축기는, 상기 흡입구멍과 분지구멍의 규격을 적절하게 규정함으로써 상기 흡입구멍을 통해 흡입되는 냉매가 양쪽 압축공간으로 적절하게 분배되어 압축기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 로터리 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 로터리 압축기의 일례에 대한 외관을 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기의 내부를 베인을 중심으로 종단면하여 보인 종단면도이며, 도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기의 내부를 흡입홈을 중심으로 종단면하여 보인 종단면도이고, 도 4는 도 3에 따른 로터리 압축기의 압축부를 파단하여 보인 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 로터리 압축기(1)는 응축기(2), 팽창변(3), 그리고 증발기(4)로 이어지는 폐루프 냉동사이클의 일부를 이루도록 상기 증발기(4)의 출구측에 흡입측이 연결되는 동시에 상기 응축기(2)의 입구측에 토출측이 연결된다. 그리고 상기 증발기(4)의 출구측과 압축기(1)의 입구측 사이에는 상기 증발기(4)에서 압축기(1)로 전달되는 냉매에서 가스냉매와 액냉매를 분리할 수 있도록 어큐뮬레이터(5)가 연결된다.

상기 압축기(1)는 도 2에서와 같이 밀폐된 케이싱(100)의 내부공간 상측에 구동력을 발생하는 전동부(200)가 설치되고, 상기 케이싱(100)의 내부공간 하측에는 상기 전동부(200)에서 발생된 동력으로 냉매를 압축하는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)가 설치된다.

상기 케이싱(100)은 그 내부공간이 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 또는 제1 압축부(300)에서 토출되는 냉매에 의해 토출압의 상태를 유지하고, 상기 케이싱(100)의 하반부 주면에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)의 사이로 냉매가 흡입되도록 한 개의 가스흡입관(140)이 연결되며, 상기 케이싱(100)의 상단에는 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서 압축되어 토출된 냉매가 냉동시스템으로 전달되도록 한 개의 가스토출관(150)이 연결된다. 상기 가스흡입관(140)은 후술할 중간플레이트(130)의 흡입구(131)에 삽입되는 중간연결관(미도시)에 삽입되어 용접 결합된다.

상기 전동부(200)는 상기 케이싱(100)의 내주면에 고정되는 고정자(210)와, 상기 고정자(210)의 내부에 회전 가능하게 배치되는 회전자(220)와, 상기 회전자(220)에 열박음 되어 함께 회전을 하는 크랭크축(230)으로 이루어진다. 상기 전 동부(200)는 정속모터일 수도 있고 인버터모터일 수도 있다. 하지만, 비용을 고려하면 상기 전동부(200)는 정속모터를 이용하면서도 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400) 중에서 어느 한 쪽 압축부를 필요시 공회전시켜 압축기의 운전모드를 가변할 수 있다.

그리고 상기 크랭크축(230)은 회전자(220)에 결합되는 축부(231)와, 그 축부(231)의 하단부에 좌우 양측으로 편심지게 형성되는 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)로 이루어진다. 상기 제1 편심부(232)와 제2 편심부(233)는 대략 180°의 위상차를 두고 대칭되게 형성되고 후술할 제1 롤링피스톤(340)과 제2 롤링피스톤(430)이 각각 회전 가능하게 결합된다.

상기 제1 압축부(300)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100)의 내부에 설치되는 제1 실린더(310)와, 상기 크랭크축(230)의 제1 편심부(232)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제1 롤링피스톤(320)과, 상기 제1 실린더(310)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되어 그 일측의 실링면이 상기 제1 롤링피스톤(320)의 외주면에 접촉되고 상기 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)을 제1 흡입실과 제1 토출실로 각각 구획하는 제1 베인(330)과, 상기 제1 베인(330)의 후방측을 탄력 지지하도록 압축스프링으로 된 베인스프링(340)을 포함한다.

상기 제2 압축부(400)는 환형으로 형성되고 상기 케이싱(100) 내부에서 상기 제1 실린더(310) 하측에 설치되는 제2 실린더(410)와, 상기 크랭크축(230)의 제2 편심부(233)에 회전 가능하게 결합되고 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2) 에서 선회하면서 냉매를 압축하는 제2 롤링피스톤(420)과, 상기 제2 실린더(410)에 반경방향으로 이동 가능하게 결합되고 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에 접촉되어 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)이 제2 흡입실과 제2 토출실로 각각 구획되거나 또는 상기 제2 롤링피스톤(420)의 외주면에서 이격되어 상기 제2 흡입실과 제2 토출실이 서로 연통되도록 하는 제2 베인(430)과, 상기 제2 베인(430)의 후방측을 탄력 지지하도록 압축스프링으로 된 베인스프링(440)을 포함한다.

여기서, 도 2 내지 도 4에서와 같이 상기 제1 실린더(310)와 제2 실린더(410)는 상기 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 이루는 각 내주면의 일측에 상기 제1 베인(330)과 제2 베인(430)이 직선 왕복운동을 하도록 제1 베인슬롯(311)과 제2 베인슬롯(411)이 형성되고, 상기 제1 베인슬롯(311)과 제2 베인슬롯(411)의 일측에는 냉매를 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)으로 유도하는 제1 흡입홈(312)와 제2 흡입홈(412)가 각각 형성된다.

상기 제1 흡입홈(312)과 제2 흡입홈(412)은 상기 중간플레이트(130)의 분지구멍(133)(134)들의 상측 끝단과 하측 끝단에 각각 접하는 제1 실린더(310)와 제2 실린더(410)의 하면 모서리와 상면 모서리에서 상기 제1 실린더(310)와 제2 실린더(410)의 내주면을 향하도록 모따기하여 경사지게 형성된다.

상기 제1 실린더(310)의 상측에는 상부베어링플레이트(이하,상부베어링)(110)가 복개되고, 상기 제2 실린더(410)의 하측에는 하부베어링플레이트(이하, 하부베어링)(120)가 복개되며, 상기 제1 실린더(310)의 하측과 제2 실린더(410)의 상측 사이에는 양측 베어링과 함께 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 형성하 는 중간플레이트(130)가 설치된다.

상기 상부베어링(110)과 하부베어링(120)은 원판모양으로 형성되고, 상기 상부베어링(110)과 하부베어링(120)의 중앙에는 각각 상기 크랭크축(230)의 축부(231)가 반경방향으로 지지되도록 축구멍(111)(121)을 갖는 제1 축수부(112)와 제2 축수부(122)가 돌출 형성된다.

상기 중간플레이트(130)는 상기 크랭크축(230)의 편심부가 관통하는 정도의 내경을 가지는 환형으로 형성되고, 그 일측에는 상기 가스흡입관(140)이 후술할 제1 흡입홈(312)와 제2 흡입홈(412)에 연통되도록 하는 한 개의 흡입유로(131)가 형성된다. 상기 흡입유로(131)는 상기 가스흡입관(140)과 연통되는 흡입구멍(132)과, 상기 흡입구멍(132)의 끝단에 형성되어 상기 제1 흡입홈(312)과 제2 흡입홈(412)이 상기 흡입구멍(132)과 연통되도록 하는 제1 분지구멍(133)과 제2 분지구멍(134)으로 이루어진다.

상기 흡입구멍(132)은 상기 중간 플레이트(130)의 외주면에서 반경방향으로 소정의 깊이를 갖도록 형성된다.

상기 제1 분지구멍(133)과 제2 분지구멍(134)은 상기 흡입구멍(132)의 안쪽 끝단부에서 상기 제1 흡입홈(312)과 제2 흡입홈(412)을 향해 소정의 각도, 즉 상기 흡입구멍의 중심선을 기준으로 대략 0°~ 90°정도, 더 정확하게는 30°~ 60°정도가 되도록 경사지게 형성된다.

도면중 미설명 부호인 350은 제1 토출밸브, 360은 제1 머플러, 450은 제2 토출밸브, 460은 제2 머플러이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 로터리 압축기에서 냉매가 각 압축공간에서 압축되는 과정은 다음과 같다.

즉, 상기 전동부(200)의 고정자(210)에 전원을 인가하여 상기 회전자(220)가 회전하면, 상기 크랭크축(230)이 상기 회전자(220)와 함께 회전하면서 상기 전동부(200)의 회전력을 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에 전달하고, 상기 제1 압축부(300)와 제2 압축부(400)에서는 각각 제1 롤링피스톤(320)과 제2 롤링피스톤(420)이 상기 각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)에서 편심 회전운동을 하며, 상기 제1 베인(330)과 제2 베인(430)이 상기 제1 및 제2 롤링피스톤(320)(420)과 함께 180°의 위상차를 가지는 압축공간(V1)(V2)들을 각각 형성하면서 냉매를 압축하게 된다.

예컨대, 상기 제1 압축공간(V1)이 흡입행정을 시작하면, 냉매가 어큐뮬레이터(5)와 흡입관(140)을 통해 상기 중간플레이트(130)의 흡입구멍(131)으로 유입되고, 이 냉매는 상기 제1 분지구멍(133)과 제1 흡입홈(312)을 통해 제1 실린더(310)의 제1 압축공간(V1)으로 흡입되어 압축된다.

그리고 상기 제1 압축공간(V1)이 압축행정을 진행하는 동안에 그 제1 압축공간(V1)과 180°의 위상차를 가지는 상기 제2 실린더(410)의 제2 압축공간(V2)은 흡입행정을 시작하게 된다. 그러면, 상기 제2 실린더(410)의 제2 흡입홈(412)이 상기 제2 분지구멍(134)을 통해 상기 흡입구멍(132)과 연통되면서 냉매가 상기 제2 실린더(410)의 제2 분지구멍과 제2 흡입홈(412)를 통해 상기 제2 압축공간(V2)으로 흡입되어 압축된다.

여기서, 상기 중간플레이트의 흡입유로를 통해 흡입되는 냉매가 상기 제1 흡입홈과 제2 흡입홈에 고르게 공급되도록 하기 위해서는 상기 흡입유로와 흡입홈들에 대한 규격을 규정하는 것이 냉매의 흡입량을 적절하게 유지하면서도 중간플레이트의 강도를 유지하는데 바람직하다. 즉, 상기 흡입유로의 크기가 흡입홈들의 크기에 비해 너무 작을 경우에는 각 압축공간으로 흡입되는 냉매의 양이 부족하게 되는 반면, 상기 흡입유로의 크기가 흡입홈들의 크기에 비해 너무 큰 경우에는 상기 중간플레이트의 강도가 저하되어 신뢰성이 저하되거나 또는 이를 감안하여 중간플레이트의 두께를 두껍게 해야하므로 비용이 증가될 수 있다.

이를 감안하여, 상기 흡입구멍과 각 분지구멍들에 대한 규격을 다음과 같이 단면적을 기준으로 정의할 수 있다. 즉, 도 5에서와 같이 상기 흡입구멍(132)의 단면적(A2)이 상기 분지구멍(133)(134)들의 단면적(A1) 대비 대략 2배 이상이 되도록, 바람직하게는 2.0배 ~ 2.5배(즉, 2.0 ≤ A2/A1 ≤ 2.5)가 되도록 형성되는 것이 상기 흡입구멍(132)을 통해 유입되는 냉매가 각 분지구멍(133)(134)들로 원활하게 유입될 수 있어 바람직하다.

그리고, 상기 흡입구멍과 각 분지구멍들에 대한 규격을 직경을 기준으로 정의할 수도 있다. 즉, 도 5에서와 같이 상기 흡입구멍(132)의 직경(D2)이 상기 분지구멍(133)(134)들의 직경(D1) 대비 대략 1.4배 이상이 되도록, 바람직하게는 1.4배 ~ 1.6배(즉, 1.4 ≤ D2/D1 ≤ 1.6)가 되도록 형성되는 것이 상기 흡입구멍(132)을 통해 유입되는 냉매가 각 분지구멍(133)(134)들로 원활하게 유입될 수 있어 바람직하다. 만약, D1이 위의 기준보다 크게 형성되는 경우에는 흡입측면에서는 유리할 수 있으나 압축시 압축개시각이 지연되어 압축손실이 발생될 수 있다.

한편, 상기 흡입홈의 규격은 토출구를 기준으로 정의될 수도 있다. 즉, 도 5에서와 같이 상기 제1 분지구멍(133)과 제2 분지구멍(134)은 그 직경 대비 상기 압축공간(V1)(V2)들의 토출구(11)(123)들의 직경(P) 비율(P/D1)이 대략 0.7 ≤ P/D1 ≤ 1의 범위가 되도록 형성되는 것이 토출개시각이 앞당겨지는 것을 방지하여 도 6에서와 같이 압축기의 에너지 효율을 높일 수 있다.

이렇게 하여, 상기 흡입구멍과 분지구멍의 규격을 적절하게 규정함으로써 상기 흡입구멍을 통해 흡입되는 냉매가 양쪽 압축공간으로 적절하게 분배되어 압축기의 에너지 효율이 향상될 수 있다.

한편, 도 7에서와 같이, 상기와 같은 로터리 압축기는 용량 가변형 로터리 압축기에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 압축부(300)(400) 중에서 한 쪽 압축부(도면에선 제2 압축부)(400)의 베인(430)의 후방측에 케이싱(100)과 분리되는 베인챔버(413)가 형성되고 그 베인챔버(413)에 흡입압 또는 토출압을 선택적으로 공급하는 모드전환유닛(500)이 연결되며 상기 베인(430)의 움직임을 선택적으로 구속하는 구속유닛(미부호)이 구비되는 용량가변형 로터리 압축기에서도 상기 중간플레이트(130)에 한 개의 흡입유로(131)를 형성하고 그 한 개의 흡입유로(131)에 각각의 압축공간(V1)(V2)이 연통되도록 제1 흡입홈(312)과 제2 흡입홈(412)이 형성되며 상기 흡입유로(131)와 흡입홈(312)(412)들 사이의 단면적비(A2/A1)이나 직경비(D2/D1) 그리고 상기 흡입홈(312)(412)들과 토출구(113)(123)들 사이의 직경비(P/D1)가 전술한 실시예에서의 비율과 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명에 의한 로터리 압축기는 가정용 또는 산업용 에어콘과 같은 냉동기기에 고르게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 로터리 압축기의 일례에 대한 외관을 보인 사시도,

도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기의 내부를 베인을 중심으로 종단면하여 보인 종단면도,

도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기의 내부를 흡입홈을 중심으로 종단면하여 보인 종단면도,

도 4는 도 3에 따른 로터리 압축기의 압축부를 파단하여 보인 사시도,

도 5는 도 4에 따른 로터리 압축기에서 흡입구멍과 흡입홈의 규격을 설명하기 위해 보인 종단면도,

도 6은 도 1에 따른 로터리 압축기에서 흡입홈에 대한 토출구의 비율에 따른 압축기의 성능을 비교하여 보인 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 흡입구조를 용량 가변형 로터리 압축기에 적용한 예를 설명하기 위해 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100 : 케이싱 130 : 중간플레이트

131 : 흡입구 132 : 흡입구멍

133 : 분지구멍 140 : 가스흡입관

310 : 제1 실린더 312 : 제1 흡입홈

410 : 제2 실린더 412 : 제2 흡입홈

413 : 베인챔버 500 : 모드전환유닛

Claims (7)

1. 냉매흡입관과 냉매토출관이 결합되는 케이싱;

   상기 냉매흡입관과 연통되는 한 개의 흡입구멍이 형성되고 그 흡입구멍에서 양쪽 방향으로 분지구멍들이 각각 형성되는 중간플레이트;

   상기 중간플레이트를 사이에 두고 양측에 각각 구비되며 상기 분지구멍에서 압축공간으로 연통되도록 흡입홈이 각각 형성되는 복수 개의 실린더; 및

   상기 실린더들의 측면에 구비되어 함께 압축공간을 형성하고 그 압축공간에서 압축된 냉매를 토출하도록 토출구가 형성되는 복수 개의 베어링;를 포함하고,

   상기 분지구멍들은 상기 흡입구멍의 중심선에 대해 0°보다 크고 90°보다 작은 경사각을 가지도록 형성되는 로터리 압축기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 흡입구멍의 단면적은 상기 분지구멍의 단면적 대비 2배 이상 크거나 같게 형성되는 로터리 압축기.
3. 제2항에 있어서,

   상기 흡입구멍의 단면적은 상기 분지구멍의 단면적 대비 2배 이상 크거나 같고 2.5배 보다는 작거나 같게 형성되는 로터리 압축기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 흡입구멍의 직경은 상기 분지구멍의 직경 대비 1.4배 보다는 크거나 같게 형성되는 로터리 압축기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 흡입구멍의 직경은 상기 분지구멍의 직경 대비 1.4배 보다는 크거나 같고 1.6배 보다는 작거나 같게 형성되는 로터리 압축기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 분지구멍의 직경(D1) 대비 상기 토출구들 직경(P) 비율(P/D1)은 0.7 ≤ P/D1 ≤ 1의 범위가 되도록 형성되는 로터리 압축기.
7. 제1항에 있어서,

   상기 분지구멍들의 중심선들이 각각 대응되는 흡입홈들의 중심선들과 일직선상에 위치하도록 형성되는 로터리 압축기.

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