KR20130083998A - 로타리 압축기 - Google Patents

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백민석
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Abstract

회전축에 적용되는 최대 부하를 저감시킬 수 있는 로타리 압축기를 개시한다.
본 발명의 로타리 압축기는 케이싱; 케이싱 내부에 설치되어 기체를 압축하는 공간을 제공하는 실린더; 실린더를 관통하여 배치되는 회전축; 실린더의 내주면을 따라 회전하여 기체를 압축시키는 롤러; 회전축과 일체로 형성되며 롤러의 내부에 배치되는 편심캠;을 포함하고, 편심캠은 회전축의 축선상에서 축방향으로 편심되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

로타리 압축기{Rotary Compressor}
본 발명은 로타리 압축기에 관한 것으로, 회전축에 적용되는 최대부하를 저감시킬 수 있는 로타리 압축기의 편심캠에 관한 것이다.
일반적으로 로타리 압축기는 냉매를 매개체로 하여 압축, 응축, 팽창, 증발 과정이 연속적으로 이루어지는 냉동 사이클을 구성하는 공기조화기 등에서 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 기능을 수행한다.
이러한 로타리 압축기는 공기와 냉매 가스 같은 기체를 흡입하기 위한 흡입구와 압축된 기체를 토출하기 위한 토출구가 마련되는 케이싱과, 케이싱 내부에서 회전력을 발생시키는 회전장치와, 회전축과 편심캠, 롤러와 실린더를 구비하여 회전장치의 회전력을 이용하여 기체를 압축시키는 압축장치가 설치되어 있다.
구체적으로, 회전축의 하단부는 실린더를 관통하여 종방향으로 배치되어 회전하게 된다, 편심캠은 실린더의 내부에서 회전축에 편심된 상태로 일체로 형성되며, 롤러는 편심캠의 외주면에 배치되어 편심캠에 의해 실린더의 내주면을 따라 회전하면서 기체를 압축시키게 된다.
이때, 실린더의 상단과 하단에는 각각 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 상부 플랜지와 하부 플랜지가 설치된다.
그런데, 상부 플랜지와 하부 플랜지의 전장 길이는 압축기의 전장 길이 및 원가에 의해 상대적으로 차이가 나게 되고, 그에 따라 회전축에 압력 부하가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 측면은 회전축에 적용되는 최대 부하를 저감시킬 수 있는 로타리 압축기를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 편심캠의 위치가 축방향으로 편측 이동됨으로써 회전축에 작용되는 최대 부하가 저감될 수 있는 로타리 압축기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기는 케이싱; 상기 케이싱 내부에 설치되어 기체를 압축하는 공간을 제공하는 실린더; 상기 실린더를 관통하여 배치되는 회전축; 상기 실린더의 내주면을 따라 회전하여 기체를 압축시키는 롤러; 상기 회전축과 일체로 형성되며 상기 롤러의 내부에 배치되는 편심캠;을 포함하고, 상기 편심캠은 상기 회전축의 축선상에서 축방향으로 편심되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편심캠은 상기 축방향의 상측 방향으로 편심되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 로타리 압축기는, 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 상기 실린더의 상하단부에 마련되는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 포함하며, 상기 편심캠은 상기 상부 플랜지측 방향으로 편심되게 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기의 편심캠은 회전축; 상기 회전축에 설치되는 편심캠; 상기 편심캠은 상기 회전축의 축방향으로 편심되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 편심캠은 상기 회전축의 상측 방향으로 편심되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기는 밀폐용기; 상기 밀폐용기 내부에 설치되는 실린더; 상기 실린더의 상부에 결합되어 압축실을 형성하는 상부 플랜지; 상기 실린더의 하부에 결합되어 상기 압축실을 형성하는 하부 플랜지; 상기 실린더를 관통하여 배치되는 회전축; 상기 회전축에 일체로 형성되어 편심 회전 운동하는 편심캠; 상기 편심캠에 결합며 상기 실린더의 내주면을 따라 회전하여 기체를 압축시키는 롤러;를 포함하고, 상기 편심캠은 상기 회전축의 축선상에서 상기 상부 플랜지 방향으로 편심되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 로타리 압축기의 회전축에 적용되는 최대 부하를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 측면은 편심캠의 위치가 축방향으로 편측 이동됨으로써 샤프트에 작용되는 최대 부하가 저감되어 압축 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기의 압축부를 개략적으로 나타내는 확대도,
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기의 편심캠을 개략적으로 나타내는 확대도,
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 편심캠의 적용시 회전축에 작용되는 부하를 나타내는 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타내는 도면,
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 편심캠의 적용시 로타리 압축기의 효율을 나타내는 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타내는 도면,
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이단 로타리 압축기의 편심캠을 개략적으로 나타내는 확대도.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기를 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 로타리 압축기의 압축부를 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도2 에 도시된 바와 같이, 로타리 압축기(1)는 공기와 냉매가스와 같은 기체를 흡입하기 위한 냉매 흡입구(6)와 압축된 기체를 토출하기 위한 냉매 토출구(10b)가 마련되며 밀폐용기를 형성하는 케이싱(10)에 의해 외관을 형성한다.
케이싱(10)의 내부에는 고정자(2b)와 회전자(2a)를 구비하여 회전력을 발생시키는 회전장치(2)와, 회전축(21), 편심캠(30), 그리고 롤러(28)와 실린더(27)를 구비하여 회전장치(2)의 회전력을 이용하여 기체를 압축시키는 압축장치(20)가 설치된다.
회전축(21)은 그 상부가 회전자(2a)의 내부에 삽입되며, 그 하단부는 실린더(27)를 관통하여 종방향으로 배치되어, 회전자(2a)의 회전에 의해 회전하게 된다.
편심캠(30)은 실린더(27)의 내부에서 회전축(21)에 편심된 상태로 일체로 형성된다.
롤러(28)는 편심캠(30)의 외주면에 배치되어 편심캠(30)의 회전에 의해 실린더(27)의 내부면을 따라 회전하면서 기체를 압축시키게 된다.
실린더(27)의 상단과 하단에는 실린더(27)를 밀폐하여 압축실(24)을 형성함과 동시에 회전축(21)을 회전 가능하게 지지하도록 마련되는 상부 플랜지(25)와 상부 플랜지(26)가 설치된다.
실린더(27)의 일측에는 냉매 흡입구(6)가 형성되어 액상의 냉매를 저장하는 어큐뮬레이터(4)와 냉매 흡입관(5)을 개재하여 접속되어, 냉매 흡입관(5)을 통해 밀폐용기로 들어온 냉매를 압축실(24)로 안내한다.
롤러(28)는 압축실(24) 내에서 상부 및 상부 플랜지(26)와 밀착된 상태로 편심캠(30)에 의해 편심 회전하게 된다.
케이싱(10)의 하부는 회전축(21)과, 상부 및 상부 플랜지(26), 편심캠(30)과 롤러(28) 그리고 실린더(27) 사이의 접촉부위를 윤활시키기 위한 오일이 저장되는 하부캡(10a)이 형성된다.
그리고, 회전축(21)에는 하부캡(10a)으로부터 오일을 상승시켜 회전 부위를 윤활시킬 수 있도록 회전축(21)의 하단에서 상부 플랜지(25)의 상부까지 이르는 지점까지 종방향으로 형성된 중공부(21a)와, 회전축(21)의 여러 위치에 중공부(21a)와 연통되어 반경방향으로 형성되는 복수의 오일 토출공(22)과, 하부캡(10a)의 오일을 상승시켜 실린더(27)의 내측 및 상부 플랜지 등으로 공급하는 오일 픽업 부재(23)가 삽입되어 설치되어 있다.
따라서, 회전축(21)의 회전에 따른 원심력에 의해 하부캡(10a)에 있는 오일이 회전축(21)의 중공부(21a)에 삽입된 오일 픽업 부재(23)에 의해 상승하면서 오일 토출공(22)들을 통해 토출됨으로써 각 회전부위를 윤활시키게 된다.
여기서, 회전축(21)을 회전 가능하게 지지하는 상부 플랜지(25)와 상부 플랜지(26)에 작용하는 부하는 다음 공식에 의해 계산된다.
[수학식 1]
ΣF = 0 , → Fcam = F upperjournal + F Lowerjournal
ΣM = 0 , → F upperjournal * L upper = F Lowerjournal * L lower
F Lowerjournal = ( L upper / ( L upper + L lower)) * Fcam
F upperjournal = ( L lower / ( L upper + L lower)) * Fcam
이때, F upperjournal 은 상부 플랜지의 압력, F Lowerjournal은 하부 플랜지의 압력, Fcam 은 편심캠의 압력, L upper 은 상부 플랜지의 길이, L lower , 은 하부 플랜지의 길이를 나타낸다.
그런데, 도 2 에 도시된 바와 같이, 하부 플랜지의 길이( L lower)가 상부 플랜지의 길이(L upper )에 상대적으로 짧기 때문에 압력 부하의 반력으로 발생하는 하부 플랜지의 길이( L lower)에 상대적으로 많은 압력부하가 발생된다.
따라서, 본 실시예에서는 도 3 에 도시된 바와 같이, 편심캠(30)의 설치 위치를 회전축(21)선상 중심(C)으로부터 축방향으로 편심(c')되는 위치에 배치하였다.
편심캠(30)은 상부 플랜지(25)측으로 편심(C')되게 하는 것이 바람직하다.
위의 [수학식 1]에서 알 수 있는 바와 같이, 편심캠(30)의 위치가 중심(C)으로부터 상부 플랜지(25)측으로 편심(C') 되게 되면 회전축(21)이 받는 최대 부하가 저감되게 된다.
따라서, 회전축(21)의 압축 행정이 이루어지도록 편심되어 회전하는 롤러(28)를 지지하는 편심캠(30)의 중심 위치가 압력부하의 반력에 의해 발생하는 상부 플랜지(25)와 상부 플랜지(26)의 반력이 상대적으로 작은 상부 플랜지(25) 측으로 이동되면, 회전축(21)이 받는 최대 부하가 작아지게 된다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 편심캠의 적용시 회전축에 작용되는 부하를 나타내는 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 편심캠의 적용시 로타리 압축기의 효율을 나타내는 시뮬레이션 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
로타리 압축기(1)의 편심캠(30) 중심 높이를 3mm 상승시키고, 상부 플랜지(25)와 상부 플랜지(26)에 작용되는 부하를 시뮬레이션 하였다.
이때, 회전축(21)은 직경 14.325, 길이 134.1 를 가지도록 하고, 편심캠(30)은 직경 23, 길이 12.8 를 가지도록 하였다.
도 4 의 결과를 살펴보면, 편심캠(30)의 중심 높이를 3mm 편심되도록 하였을 경우, 하부 플랜지의 부하(A)가 대략 11% 저감된 것으로 보여진다.
따라서, 본 실시예의 축선상에서 축방향으로 편심(C')된 편심캠(30)을 적용 시 회전축(21)의 전체 부하를 저감시킬 수 있는 것으로 판명된다.
또한, 도 5 에서는 편심캠(30)의 중심 높이를 3mm 편심되도록 하고, 회전축(21)의 종류를 2가지(a,b)로 변경하여 로타리 압축기의 주파수별 효율을 시뮬레이션한 결과를 살펴보면 다음과 같다.
편심캠(30)의 중심을 중심(C)으로 설정한 종래의 회전축(a,b)에 비해 편심캠(30)의 중심을 상부 플랜지(25) 측으로 3mm 편심되도록 한 본 발명 실시예의 회전축(a'b')이 평균적으로 약 1% 정도의 상승된 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시예의 회전축(21)의 축선상에서 축방향으로 편심(C')된 편심캠(30)을 적용 시 로타리 압축기(1)의 전체 효율을 향상시킬 수 있는 것으로 판명된다.
도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이단 로타리 압축기의 편심캠을 개략적으로 나타내는 확대도이다.
도시되지는 않았지만, 실린더(27)가 2 개인 이단 로타리 압축기의 회전축(21)에 일체로 형성되는 제1 편심캠(30a)과 제2 편심캠(30b)은 각각 회전축(21)의 축선상에서 축방향으로 편심(c')되는 위치에 배치됨으로써 회전축(21)에 가해지는 최대 부하를 저감시킬 수 있다.
이러한 이단 로타리 압축기의 회전축(21) 축선상에서 축방향으로 편심(c')된 제1 편심캠(30a)과 제2 편심캠(30b)의 동작 및 효과는 위에 설명된 내용으로부터 충분히 예측가능하므로 중복적인 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 발명의 이해를 위해 그 실시예를 기술하였으나, 당업자라면 알 수 있듯이, 본 발명은 본 명세서에서 기술된 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형, 변경 및 대체될 수 있다. 예를들어, 본 발명의 원통형 전자파 저지대는 도체 패치와 비아를 대신할 수 있는 유기전류의 흐름을 저지할 수 있는 구조 및 재질을 원통형상의 케이블에 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 사상 및 범주에 속하는 모든 변형 및 변경을 특허청구범위에 의하여 모두 포괄하고자 한다.
1 : 로타리 압축기 10 : 케이싱
2a : 회전자 2b : 고정자
20 : 압축장치 21 : 회전축
25 : 상부 플랜지 26 : 하부 플랜지
27 : 실린더 28 : 롤러
30 : 편심캠 C : 중심
C' : 편심

Claims (6)

  1. 케이싱;
    상기 케이싱 내부에 설치되어 기체를 압축하는 공간을 제공하는 실린더;
    상기 실린더를 관통하여 배치되는 회전축;
    상기 실린더의 내주면을 따라 회전하여 기체를 압축시키는 롤러;
    상기 회전축과 일체로 형성되며 상기 롤러의 내부에 배치되는 편심캠;을 포함하고,
    상기 편심캠은 상기 회전축의 축선상에서 축방향으로 편심되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로타리 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심캠은 상기 축방향의 상측 방향으로 편심되는 것을 특징으로 하는 로타리 압축기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 로타리 압축기는,
    상기 회전축을 회전 가능하게 지지하도록 상기 실린더의 상하단부에 마련되는 상부 플랜지와 하부 플랜지를 포함하며,
    상기 편심캠은 상기 상부 플랜지측 방향으로 편심되게 위치하는 것을 특징으로 하는 로타리 압축기.
  4. 회전축;
    상기 회전축에 설치되는 편심캠;
    상기 편심캠은 상기 회전축의 축방향으로 편심되게 형성되는 것을 특징으로 하는 로타리 압축기의 편심캠.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 편심캠은 상기 회전축의 상측 방향으로 편심되는 것을 특징으로 하는 로타리 압축기의 편심캠.
  6. 밀폐용기;
    상기 밀폐용기 내부에 설치되는 실린더;
    상기 실린더의 상부에 결합되어 압축실을 형성하는 상부 플랜지;
    상기 실린더의 하부에 결합되어 상기 압축실을 형성하는 하부 플랜지;
    상기 실린더를 관통하여 배치되는 회전축;
    상기 회전축에 일체로 형성되어 편심 회전 운동하는 편심캠;
    상기 편심캠에 결합며 상기 실린더의 내주면을 따라 회전하여 기체를 압축시키는 롤러;를 포함하고,
    상기 편심캠은 상기 회전축의 축선상에서 상기 상부 플랜지 방향으로 편심되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로타리 압축기.
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