KR20140086544A

KR20140086544A - 압축기

Info

Publication number: KR20140086544A
Application number: KR1020120157184A
Authority: KR
Inventors: 용민철; 강승민; 신진웅
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-08

Abstract

본 발명은 압축기에 관한 것이다. 본 발명은 실린더가 외측 실린더부와 내측 실린더부, 그리고 외측 실린더부와 내측 실린더부를 연결하는 베인부로 이루어져 케이싱에 고정된다. 그리고 롤링피스톤이 베인부에 미끄러지게 결합되어 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에서 선회운동을 하면서 외측 압축공간과 내측 압축공간을 형성한다. 이를 통해 회전체의 무게를 줄여 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고 베어링 면적이 좁아 냉매 누설을 줄일 수 있으며 실린더의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있다. 또, 롤링피스톤의 스러스트면에 흡입유로를 형성함에 따라 흡입유로와 토출유로의 설계 자유도를 높이고 이를 통해 압축기의 최적 효율을 얻을 수 있다.

Description

압축기{COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에 관한 것으로, 특히 1 개의 실린더에 2개의 압축공간이 형성되는 1실린더-2압축실 압축기에 관한 것이다.

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

압축기는 통상 전동부인 전동부와 그 전동부에 의해 작동되는 압축부가 밀폐된 케이싱의 내부공간에 함께 설치되는 경우를 밀폐형 압축기라고 하고, 전동부가 케이싱의 외부에 별도로 설치되는 경우를 개방형 압축기라고 할 수 있다. 가정용 또는 업소용 냉동기기는 대부분 밀폐형 압축기가 사용되고 있다.

밀폐형 압축기는 실린더의 개수에 따라 단식 밀폐형 압축기와 복식 밀폐형 압축기로 구분할 수 있다. 단식 밀폐형 압축기는 케이싱의 내부에 한 개의 압축공간을 갖는 한 개의 실린더가 설치되는 반면, 복식 밀폐형 압축기는 케이싱의 내부에 한 개씩의 압축공간을 갖는 복수 개의 실린더가 설치되어 있다.

복식 밀폐형 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 1흡입-2토출 방식과 1흡입-1토출 방식으로 구분할 수 있다. 1흡입-1토출 방식은 복수 개의 실린더 중에서 제1 실린더에 어큐뮬레이터가 1차 흡입유로로 연결되고, 제2 실린더는 어큐뮬레이터가 연결된 제1 실린더의 토출측에 2차 흡입유로로 연결되어 냉매가 2단 압축된 후 케이싱의 내부공간으로 토출되는 방식이다. 반면, 1흡입-2토출 방식은 복수 개의 실린더가 한 개의 흡입관에 분지되어 연결되고, 복수 개의 실린더에서 냉매가 각각 압축되어 케이싱의 내부공간으로 토출되는 방식이다.

도 1은 종래 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도이다. 이에 도시된 바와 같이 종래의 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기는, 케이싱(1)의 내부에 전동부(2)가 설치되고, 전동부(2)의 하측에는 압축부(3)가 설치되어 있다. 전동부(2)와 압축부(3)는 크랭크축(23)에 의해 기구적으로 연결되어 있다. 도면부호 21은 고정자, 22는 회전자이다.

압축부(3)는 크랭크축(23)을 지지하도록 메인베어링(31)과 서브베어링(32)이 일정 간격을 두고 케이싱(1)에 고정되며, 메인베어링(31)과 서브베어링(32)의 사이에는 중간플레이트(33)에 의해 분리되는 제1 실린더(34)와 제2 실린더(35)가 설치되어 있다.

중간플레이트(33)에는 흡입관(11)이 연결되는 흡입구(33a)가 형성되고, 흡입구(33a)의 끝단에는 제1 실린더(34)와 제2 실린더(35)의 각 압축공간(V1)(V2)으로 연통되는 제1 흡입홈(33b)과 제2 흡입홈(33c)이 형성되어 있다.

크랭크축(23)에는 제1 편심부(23a)와 제2 편심부(23b)가 대략 180°의 간격을 두고 축방향을 따라 형성되며, 제1 편심부(23a)와 제2 편심부(23b)의 외주면에는 냉매를 압축시키는 제1 롤링피스톤(36)과 제2 롤링피스톤(37)이 각각 결합되어 있다. 제1 실린더(34)와 제2 실린더(35)에는 제1 롤링피스톤(36)과 제2 롤링피스톤(37)에 각각 압접되어 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 각각 흡입실과 압축실로 구분하는 제1 베인(미도시)과 제2 베인(미도시)이 결합되어 있다. 도면부호 5는 어큐뮬레이터, 12는 토출관, 31a 및 31b는 토출구이다.

상기와 같은 종래의 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기는, 전동부(2)에 전원이 인가되어 그 전동부(2)의 회전자(22)와 크랭크축(23)이 회전을 하면 제1 롤링피스톤(36)과 제2 롤링피스톤(37)이 선회운동을 하면서 냉매를 제1 실린더(34)과 제2 실린더(35)로 번갈아 흡입하게 된다. 이 냉매는 제1 롤링피스톤(36)과 제1 베인 그리고 제2 롤링피스톤(37)과 제2 베인에 의해 압축되면서 메인베어링(31)과 서브베어링(32)에 구비된 각각의 토출구(31a)(31b)를 통해 케이싱(1)의 내부공간으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

하지만, 상기와 같은 종래의 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기는, 제1 편심부(23a)와 제2 편심부(23b)가 크랭크축(23)의 길이방향으로 일정 간격을 두고 축중심에 대해 편심지게 형성됨에 따라 편심하중에 의한 모멘트가 증가하게 되어 압축기의 진동과 마찰손실이 증가하게 되는 문제점이 있었다. 또, 각 베인이 각 롤링피스톤(36)(37)에 압접되어 흡입실과 압축실을 분리하는 것이나 운전조건에 따라서는 각 베인과 각 롤링피스톤(36)(37)이 서로 이격되면서 그 사이로 냉매 누설이 발생되면서 압축기 효율이 저하될 수 있었다.

이를 감안하여, 종래에는 국내등록특허 10-0812934호와 같이 한 개의 실린더에 두 개의 압축공간을 갖는 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기가 소개되어 있다. 도 2는 종래 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에 대한 일실시예를 보인 종단면도이고, 도 3은 도 2에 따른 1실린더-2압축실 방식의 압축기에서 실린더와 피스톤을 보인 횡단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래의 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기(이하, 1실린더-2압축실 압축기로 약칭함)는 피스톤(44)의 외측과 내측에 각각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)이 형성되어 있다. 그리고 피스톤(44)은 상부하우징(41)에 결합되어 케이싱(1)에 고정 결합되고, 실린더(43)는 크랭크축(23)의 편심부(23c)에 결합되어 피스톤(44)에 대해 선회하도록 상부하우징(42)과 하부하우징(42) 사이에서 미끄러지게 결합되어 있다.

상부하우징(41)의 일측에는 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)의 각 흡입실에 연통되도록 장공 형상의 흡입구(41a)가 형성되고, 상부하우징(41)의 타측에는 제1 압축공간(V1)과 토출공간(S2)의 각 압축실에 연통되도록 제1 토출구(41b)와 제2 토출구(41c)가 형성되어 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 실린더(43)는 제1 압축공간(V1)을 형성하는 외측 실린더부(45)와, 제2 압축공간(V2)을 형성하는 내측 실린더부(46)와, 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46) 사이를 연결하여 흡입실과 압축실을 분리하는 베인부(47)로 이루어져 있다. 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46)는 환형으로 형성되고, 베인부(47)는 수직으로 세워진 평판 모양으로 형성되어 있다.

외측 실린더부(45)의 내경은 피스톤(44)의 외경보다 크게, 내측 실린더부(46)의 외경은 피스톤(43)의 내경보다 작게 형성되어 외측 실린더부(45)의 내주면은 피스톤(44)의 외주면과 한 점에서 접하고 내측 실린더부(46)의 외주면은 피스톤(43)의 내주면과 한 점에서 접하여 각각 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 형성할 수 있다.

피스톤(44)은 환형으로 형성되고, 실린더(43)의 베인부(47)가 미끄러지게 삽입되도록 부시홈(44a)이 형성되며, 부시홈(44a)에는 피스톤(44)이 선회운동을 하도록 롤링부시(48)가 설치되어 있다. 롤링부시(48)는 반원형의 흡입측 부시(48a)와 토출측 부시(48b)가 베인부(47)의 양쪽에서 평탄면이 베인부(47)에 접하도록 배치되어 있다.

도면중 미설명 부호인 43a 및 44a는 측면흡입구이다.

상기와 같은 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 크랭크축(23)에 결합되는 실린더(43)가 피스톤(44)에 대해 선회운동을 하면서 냉매를 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)으로 번갈아 흡입하고, 이 흡입된 냉매는 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46) 그리고 베인부(47)에 의해 압축되어 제1 토출구(41b)와 제2 토출구(41c)를 통해 케이싱(1)의 내부공간으로 번갈아 토출하게 된다.

이로써, 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)이 동일 평면상에서 서로 인접되게 배치되어 모멘트와 마찰손실이 감소될 수 있다. 뿐만 아니라, 흡입실과 압축실을 분리하는 베인부(47)가 외측 실린더부(45)와 내측 실린더부(46)에 일체로 결합됨에 따라 압축공간의 밀봉성이 향상될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 피스톤(44)이 고정되고 실린더(43)가 회전함에 따라 동일 냉력 대비 동력 손실이 크고, 베어링 면적이 넓어 그만큼 냉매가 누설될 우려가 증가하는 문제점이 있었다.

또, 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 실린더(43)의 외주면 일부가 상부하우징(41)의 내주면에 밀착되어 선회운동을 함에 따라 실린더(43)의 용적을 변경하기 위해서는 상부하우징(41)의 직경을 확대하여야 하고 이는 결국 케이싱(1) 자체를 확대 변경하여야 하므로 압축기의 용적 조절이 쉽지 않은 문제점도 있었다.

또, 종래의 1실린더-2압축실 압축기는, 실린더(43)의 축방향 일측면이 폐쇄되어 하부베어링(42)과 베어링면을 형성함에 따라 흡입유로가 실린더(43)의 열린 축방향 타측면으로만 형성되어 설계자유도가 낮을 뿐만 아니라 이로 인해 압축기에 따라서는 토출유로도 한정되어 압축기의 최적효율을 얻을 수 없는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 회전체의 무게를 줄여 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고 베어링 면적이 좁아 냉매 누설을 줄일 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 실린더의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

또, 흡입유로와 토출유로에 대한 설계자유도를 높이고 이를 통해 최적 효율을 얻을 수 있는 압축기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 흡입관이 연결되는 케이싱; 상기 케이싱의 내부에 설치된 전동부의 회전력을 전달하는 크랭크축; 상기 크랭크축을 지지하는 복수 개의 베어링 플레이트; 상기 복수 개의 베어링 플레이트와 함께 압축공간을 형성하도록 그 복수 개의 베어링 플레이트 사이에 고정 결합되고, 반경방향으로 소정의 간격을 두고 환형으로 형성되는 외측 실린더부와 내측 실린더부, 그리고 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이를 반경방향으로 연결하여 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 분리하는 베인부를 갖는 실린더; 및 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에서 상기 베인부에 미끄러지게 결합되어 선회운동을 하면서 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에 외측 압축공간과 내측 압축공간을 분리하는 피스톤부와, 상기 피스톤부에서 연장되어 크랭크축에 편심지게 결합되는 구동전달부를 갖는 롤링피스톤;을 포함하고, 상기 롤링피스톤의 구동전달부에는 상기 내측 압축공간의 흡입실과 연통되도록 흡입통공이 형성되는 압축기가 제공된다.

본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 외측 실린더부와 내측 실린더부를 갖는 실린더가 고정되고 그 실린더 안쪽에서 롤링피스톤이 선회운동을 함에 따라 상대적으로 무겁고 큰 실린더가 회전운동을 하는 것에 비해 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고 베어링 면적이 좁아 그만큼 냉매가 누설될 우려가 감소될 수 있다.

또, 실린더가 고정되고 롤링피스톤이 선회운동을 하는 한편 외측 실린더부의 외주면과 케이싱의 내주면과 사이에 여유공간이 형성됨에 따라, 그 여유공간을 이용하여 실린더의 직경을 확대할 수 있고 이를 통해 실린더의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있다.

또, 롤링피스톤의 스러스트면에 흡입유로를 형성함에 따라 흡입유로와 그에 따른 토출유로의 설계 자유도를 높이고 이를 통해 압축기의 최적 효율을 얻을 수 있는 설계가 가능할 수 있을 뿐만 아니라, 흡입구가 상부베어링 또는 하부베어링에 형성됨에 따라 상대적으로 허용오차가 낮은 실린더의 강도를 높이고 변형을 방지할 수 있다.

도 1은 종래 1흡입-2토출 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 종래 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에 대한 일실시예를 보인 종단면도,
도 3은 도 2의 "I-I"선단면도로서, 실린더와 피스톤을 보인 횡단면도,
도 4는 본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 5는 도 4에 따른 압축기에서 압축부를 분해하여 보인 사시도,
도 6은 도 4에서 "II-II"선단면도,
도 7은 도 6의 "III-III"선단면도,
도 8은 도 6의 "IV-IV"선단면도로서, 압축부를 보인 종단면도,
도 9 및 도 10은 도 8의 압축기에서 하부베어링에 형성된 흡입구의 실시예들을 보인 평면도,
도 11은 도 4에서 롤링피스톤의 다른 실시예를 보인 사시도,
도 12는 도 4에서 외측 압축공간과 내측 압축공간의 압축과정을 보인 횡단면도,
도 13은 도 10에 따른 롤링피스톤이 적용된 압축부의 다른 실시예를 보인 종단면도.

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

도 4는 본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기를 보인 종단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 압축기에서 압축부를 분해하여 보인 사시도이며, 도 6은 도 4에서 "II-II"선단면도이고, 도 7은 도 6의 "III-III"선단면도이며, 도 8은 도 6의 "IV-IV"선단면도로서, 압축부를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 케이싱(1)의 내부공간에 구동력을 발생하는 전동부(2)가 설치되고, 전동부(2)의 하측에는 1개의 실린더에 2개의 압축공간(V1)(V2)을 갖는 압축부(100)가 설치될 수 있다.

전동부(2)는 케이싱(1)의 내주면에 고정 설치되는 고정자(21)와, 고정자(21)의 안쪽에서 회전 가능하게 삽입되는 회전자(22)와, 상기 회전자(22)의 중심에 결합되어 회전력을 후술할 롤링피스톤(140)에 전달하는 크랭크축(23)으로 이루어질 수 있다.

고정자(21)는 링 형상의 강판을 적층한 라미네이션이 케이싱(1)에 열박음하여 고정 결합되고, 라미네이션에 코일(C)이 권선되어 이루어질 수 있다.

회전자(22)는 링 형상의 강판을 적층한 라미네이션에 영구자석(미도시)이 삽입되어 이루어질 수 있다.

크랭크축(23)은 소정의 길이를 갖는 봉 형상으로 형성되고 하단부에 반경방향으로 편심지게 돌출되어 롤링피스톤(140)이 편심지게 결합되는 편심부(23a)가 형성될 수 있다.

압축부(100)는 축방향으로 소정의 간격을 두고 구비되어 크랭크축(23)을 지지하는 상부베어링 플레이트(이하, 상부베어링)(110) 및 하부베어링 플레이트(이하, 하부베어링)(120)과, 상부베어링(110)과 하부베어링(120) 사이에 구비되어 압축공간(V)을 형성하는 실린더(130)와, 크랭크축(23)에 결합되어 실린더(130)에서 선회운동을 하면서 압축공간(V)의 냉매를 압축시키는 롤링피스톤(140)으로 이루어질 수 있다.

상부베어링(110)은 케이싱(1)의 내주면에 밀착되어 용접 결합되고, 하부베어링(120)은 실린더(130)와 함께 상부베어링(110)에 볼트로 체결될 수 있다.

상부베어링(110)에는 후술할 제1 압축공간(V1)에 연통되는 제1 토출구(112a)가 형성되고, 하부베어링(120)에는 후술할 제2 압축공간(V2)에 연통되는 제2 토출구(122a)가 형성될 수 있다. 그리고 상부베어링(110)에는 제1 토출구(112a)를 수용하도록 토출커버(150)가 결합되고, 하부베어링(120)에는 제2 토출구(122a)를 수용하도록 하부챔버(160)가 결합될 수 있다. 하부베어링(120)과 실린더(130) 그리고 상부베어링(110)을 차례대로 관통하는 토출유로(F)가 형성되어 하부챔버(160)의 내부공간과 토출커버(150)의 내부공간이 연통될 수 있다.

상부베어링(110)과 하부베어링(120)은 환형으로 형성되어 중앙에 축구멍(111a)(121a)을 갖는 축수부(111)(121)가 각각 형성될 수 있다.

상부베어링(110)의 축구멍(111)의 내경(D1)은 하부베어링(120)의 축구멍(121)의 내경(D2)보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 크랭크축(23)은 편심하중의 중심으로부터 가까운 상부베어링(110)에 주로 지지됨에 따라 그 상부베어링(110)에 접하는 부위의 직경이 하부베어링(120)에 접하는 부위의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 토출구(112a)와 제2 토출구(122a) 중에서 상대적으로 내측에 위치하는 제2 토출구(122a)는 하부베어링(120)에 형성하는 것이 베어링의 축수부를 침범하지 않아 바람직할 수 있다.

여기서, 제1 토출구(112a)와 제2 토출구(122a)는 도 4 및 도 8에서와 같이 상부베어링(110)과 하부베어링(120)에 각각 형성될 수 있지만, 경우에 따라서는 상부베어링(110)이나 하부베어링(120)에 함께 형성될 수도 있다. 즉, 제1 토출구(112a)와 제2 토출구(122a)가 각각의 베어링(110)(120)에 형성되는 경우에는 냉매가 토출되면서 발생될 수 있는 맥동 현상을 감소시킴으로써 압축기의 진동 소음을 줄일 수 있다. 하지만, 각 토출구가 한 개의 베어링, 예를 들어, 상부베어링(110)에 모두 형성되는 경우에는 하부챔버(160)를 삭제할 수 있어 그만큼 재료비용을 절감할 수 있다.

하부베어링(120)은 그 외주면에서 베어링면(122c)으로 관통되는 흡입구(123)가 형성될 수 있다. 흡입구(123)는 도 9에서와 같이 그 출구(123b)가 외측 압축공간(V1)과 내측 압축공간(V2)에 일괄적으로 연통되도록 반경방향으로 긴 장방형으로 형성될 수도 있지만, 도 10에서와 같이 그 출구(123b)가 외측 압축공간(V1)과 내측 압축공간(V2)에 각각 독립적으로 연통될 수 있도록 복수 개가 형성될 수도 있다.

여기서, 흡입구(123)의 출구(123b)가 단일 통로를 이루도록 형성되는 경우에는 흡입구(123)의 가공이 용이한 장점이 있고, 흡입구(123)의 출구(123b)가 압축공간별로 나뉘도록 형성되는 경우에는 냉매가 각 압축공간(V1)(V2)으로 적정하게 분배되어 각 압축공간별 압축기 성능이 균일하게 될 수 있다.

그리고 흡입구(123)는 입구(123a)와 출구(123b)가 대략 직교하는 방향으로 형성됨에 따라 입구(123a)와 출구(123b) 사이에는 냉매가 원활하게 이동할 수 있도록 곡면지거나 경사진 안내면(123c)이 형성될 수 있다. 하지만, 도면으로 도시하지는 않았으나, 흡입구(123)는 입구에서 출구방향으로 경사지게 형성될 수도 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 흡입구는 상부베어링에 형성될 수도 있다. 이 경우에도 흡입구의 형상이나 그와 관련된 구조 그리고 그에 따른 작용 효과는 흡입구가 하부베어링에 형성되는 경우와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 5 및 도 6에서와 같이, 실린더(130)는 환형으로 형성되는 외측 실린더부(131)와, 외측 실린더부(131)의 내측에 압축공간(V)을 이루도록 반경방향으로 소정의 간격을 두고 형성되는 내측 실린더부(132)와, 외측 실린더부(131)와 내측 실린더부(132) 사이를 반경방향으로 연결하는 동시에 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 각각의 흡입실과 압축실로 분리하는 베인부(133)로 이루어질 수 있다.

외측 실린더부(131)는 그 외주면이 케이싱(1)의 내주면에 압입되어 용접 결합될 수도 있지만, 외측 실린더부(131)의 외경이 케이싱(1)의 내경보다 작게 형성되어 상부베어링(110)과 하부베어링(120) 사이에서 볼트로 체결되는 것이 실린더의 열변형을 방지할 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 외측 실린더부(131)는 상면과 하면이 각각 상부베어링(110)과 하부베어링(120)에 밀착되는 높이로 형성되고, 원주방향을 따라 복수 개의 체결구멍(131c)이 일정 간격을 두고 형성되며, 체결구멍(131c)의 사이에는 토출유로(F)를 이루는 복수개의 토출안내구멍(131d)이 형성될 수 있다.

내측 실린더부(132)는 그 중심부에 크랭크축(23)이 회전 가능하게 결합되도록 축구멍(132a)이 형성될 수 있다. 내측 실린더부(132)의 축구멍(132a)의 중심은 크랭크축(23)의 회전 중심과 일치하도록 형성될 수 있다.

그리고 내측 실린더부(132)는 그 높이(H2)가 외측 실린더부(131)의 높이(H1)보다 낮게 형성될 수 있다. 즉, 내측 실린더부(132)의 상면은 상부베어링(110)에 접하도록 외측 실린더부(131)의 상면과 같은 평면으로 형성되는 반면 하면은 후술할 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)가 하부베어링(120)과의 사이에 삽입될 수 있는 높이로 형성될 수 있다.

여기서, 실린더(130)는 그 실린더(130)의 외측 실린더부(131)에 형성되는 체결구멍(131c)을 통해 상부베어링(110)의 체결구멍(미도시)과 하부베어링(120)의 체결구멍(미도시)에 볼트로 체결될 수 있다.

도 5 내지 도 7에서와 같이, 베인부(133)는 전술한 바와 같이 외측 실린더부(131)의 내주면과 내측 실린더부(132)의 외주면 사이를 연결하도록 소정의 두께를 가지며 수직으로 세워진 판형으로 형성될 수 있다.

그리고 베인부(133)의 하면에는 후술할 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)가 내측 실린더부(132)와 베인부(133)의 일부를 복개하여 얹히도록 단차부(133a)가 형성될 수 있다. 따라서 외측 연결단(133b)에서 단차부(133a)까지를 제1 베인부(135)라고 하고 내측 연결단(133c)에서 단차부(133a)까지를 제2 베인부(136)라고 할 때, 제1 베인부(135)의 축방향 높이는 외측 실린더부(131)의 축방향 높이(H1)와 동일한 높이로, 제2 베인부(136)의 축방향 높이는 내측 실린더부(132)의 축방향 높이(H2)와 동일한 높이로 형성될 수 있다.

롤링피스톤(140)은 도 5 내지 도 7에서와 같이 외측 실린더부(131)와 내측 실린더부(132) 사이에 배치되는 피스톤부(141)와, 피스톤부(141)의 하단 내주면에서 연장되어 크랭크축(23)의 편심부(23c)에 결합되는 구동전달부(142)로 이루어질 수 있다.

피스톤부(141)는 대략 사각 단면을 갖는 원형띠 모양의 환형으로 형성되고, 피스톤부(141)의 외경은 외측 실린더부(131)의 내경보다는 작게 형성되어 피스톤부(141)의 외측에는 제1 압축공간(V1)이, 피스톤부(141)의 내경은 내측 실린더부(132)의 외경보다는 크게 형성되어 피스톤부(141)의 내측에는 제2 압축공간(V2)이 각각 형성될 수 있다.

그리고 피스톤부(141)의 외주면에서 내주면으로 관통되어 평면투영시 하부베어링(120)의 흡입구(123)의 일측, 즉 흡입구(123)의 출구(123b)와 하부베어링(120)에 형성되는 제2 토출구(122a)의 사이에는 베인부(133)가 후술할 롤링부시(140)를 사이에 두고 관통하여 미끄러지게 삽입되도록 부시홈(145)이 형성될 수 있다.

부시홈(145)은 대략 원형 모양이나 그 부시홈(145)의 반경방향으로 베인부(133)가 관통 결합될 수 있도록 피스톤부(141)의 외주면과 내주면에서 불연속면으로 된 외측 개구면(145a)과 내측 개구면(145b)이 형성될 수 있다.

부시홈(145)의 반경방향으로는 베인부(133)가 삽입되고, 베인부(133)의 좌우 양측에는 롤링부시(170)의 흡입측 부시(171)과 토출측 부시(172)가 각각 삽입되어 회전 가능하게 결합될 수 있다. 롤링부시(170)는 평평한 면이 베인부(133)의 양쪽 측면에 각각 미끄러지게 접하고 둥근 면이 부시홈(145)의 주면에 미끄러지게 접하도록 결합될 수 있다.

구동전달부(142)는 크랭크축(23)의 편심부(23a)가 결합되도록 편심부 구멍(142a)을 갖는 환형의 판형상으로 형성될 수 있다. 그리고 구동전달부(142)의 편심부 구멍(142a) 주변, 즉 구동전달부(142)의 하측면에는 하부베어링(120)의 베어링면과의 사이에 배압공간을 형성할 수 있도록 소정의 깊이와 넓이를 갖는 단차홈(142b)이 단차지게 형성될 수 있다. 도면으로 도시하지는 않았으나 단차홈은 하부베어링(120)의 축방향 베어링면(122c)에 형성될 수도 있다.

그리고 구동전달부(142)에는 하부베어링(120)의 흡입구(123)와 연통되도록 흡입통공(142d)이 형성될 수 있다. 흡입통공(142d)은 내측 압축공간(V2)에 연통되도록 형성될 수도 있지만, 도 11에서와 같이 흡입통공(142d)에서 외주면을 향해 반경방향으로 관통되도록 흡입안내홈(142e)이 형성될 수도 있다. 흡입안내홈(142e)에 의해 내측 압축공간(V2)이 외측 압축공간(V1)에 연통될 수 있다.

도면중 미설명 부호인 112b 및 122b는 토출안내구멍, 181 및 182는 각각 제1 및 제2 토출밸브이다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는 다음과 같이 동작된다

즉, 전동부(2)의 코일(C)에 전원을 인가하여 회전자(22)가 크랭크축(23)과 함께 회전을 하면, 크랭크축(23)의 편심부(23c)에 결합된 롤링피스톤(140)이 상부베어링(110)과 하부베어링(120)에 의해 지지되는 동시에 베인부(133)에 안내되어 외측 실린더부(131)와 내측 실린더부(132) 사이에서 선회운동을 하면서 제1 압축공간(V1)과 제2 압축공간(V2)을 번갈아 형성하게 된다.

이를 상세히 살펴보면, 도 12의 (a)와 (b)에서와 같이 롤링피스톤(140)이 제1 압축공간측 흡입구(123)를 개방하면 냉매가 제1 압축공간(V1)의 흡입실로 흡입되어 롤링피스톤(140)의 선회운동에 의해 제1 압축공간(V1)의 압축실 방향으로 이동하면서 압축되고, 이 냉매는 도 12의 (c)와 (d)에서와 같이 제1 토출밸브(181)를 열고 제1 토출구(112a)를 통해 토출커버(150)의 내부공간으로 토출된다. 이때, 베인부(133)의 하면이 단차지게 형성되어 있지만 롤링부시(170)에 의해 제2 압축공간(V2)의 흡입실과 압축실이 차단되어 냉매의 누설을 방지할 수 있다.

반면, 도 12의 (c)와 (d)에서와 같이, 롤링피스톤(140)이 제2 압축공간측 흡입구(123)를 개방하면 냉매가 제2 압축공간(V2)의 흡입실로 흡입되어 롤링피스톤(140)에 의해 제2 압축공간(V2)의 압축실 방향으로 이동하면서 압축되고, 이 냉매는 도 12의 (a)와 (b)에서와 같이 제2 토출밸브(182)를 열고 제2 토출구(122a)를 통해 하부챔버(160)로 토출되며, 이 냉매는 토출유로(F)를 통해 토출커버(150)의 내부공간으로 이동하였다가 케이싱(1)의 내부공간으로 배출되는 일련이 과정을 반복하게 된다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기는, 실린더(130)가 고정되고 그 실린더(130) 안쪽에서 롤링피스톤(140)이 선회운동을 함에 따라 상대적으로 무겁고 큰 실린더가 회전운동을 하는 것에 비해 동일 냉력 대비 동력 손실이 작고, 베어링 면적이 좁아 그만큼 냉매가 누설될 우려가 감소될 수 있다.

또, 본 실시예는 실린더(130)가 고정되고 롤링피스톤이 선회운동을 하는 한편 외측 실린더부(131)의 외주면과 케이싱(1)의 내주면 사이에 여유공간(S)이 형성됨에 따라, 그 여유공간(S)을 이용하여 실린더(130)의 직경을 확대할 수 있고 이를 통해 실린더(130)의 용적을 용이하게 확대 변경할 수 있다.

또, 본 실시예는 상부베어링(110)이나 하부베어링(120)에 흡입구가 형성되고 롤링피스톤(140)의 구동전달부(142)에는 흡입통공(142d)이 형성됨에 따라 상대적으로 허용오차가 작은 실린더(130)에 흡입구를 형성하는 것에 비해 부품들의 가공이나 조립이 용이할 수 있고 실린더 변형으로 인한 냉매누설이나 마모를 줄일 수 있으며 냉매가 케이싱(1)의 내부공간에 정체되지 않고 곧바로 압축공간으로 흡입됨에 따라 냉매의 비체적이 상승하는 것을 방지하여 흡입손실이 감소될 수 있다. 아울러, 각 압축공간(V1)(V2)으로 냉매를 안내하는 흡입유로와 그에 따른 토출유로에 대한 설계자유도를 높여 압축기의 최적 효율을 얻을 수 있는 설계가 가능할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에 대한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 실시예에서는 상부베어링 또는 하부베어링에 흡입구가 형성되고 그 흡입구에 흡입관이 직접 연결되는 것이었으나, 본 실시예는 상부베어링과 하부베어링에 각각 제1 흡입구와 제2 흡입구가 형성되는 것이다.

도 13에서와 같이, 제1 흡입구(115)는 상부베어링(110)에 형성되고 제2 흡입구(125)는 하부베어링(120)에 형성될 수 있다. 그리고 제1 흡입구(115)는 제1 흡입관(11a)이 연결되어 외측 압축공간(V1)에 연통되고, 제2 흡입구(125)는 제2 흡입관(11b)이 연결되어 내측 압축공간(V2)에 연통될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 1실린더-2압축실 방식의 로터리 압축기에서는 냉매가 제1 흡입관(11a)과 제1 흡입구(115)를 통해 외측 압축공간(V1)으로 공급되는 한편 제2 흡입관(11b)과 제2 흡입구(125)를 통해 내측 압축공간(V2)으로 공급될 수 있다. 이에 따라 외측 압축공간(V1)으로 흡입되는 냉매와 내측 압축공간(V2)으로 흡입되는 냉매가 제1 흡입관(11a)과 제2 흡입관(11b)에 의해 분리됨에 따라 각 압축공간(V1)(V2)에서의 냉매공급량이 일정하게 유지될 수 있고 이를 통해 압축기의 성능이 균일하게 유지될 수 있다.

한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 제1 흡입관과 제2 흡입관이 분관되는 지점에는 냉매제어밸브가 설치되어 필요에 따라 냉매의 공급경로를 변환할 수 있고 이를 통해 압축기의 냉력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 파워운전일 경우에는 외측 압축공간과 내측 압축공간으로 냉매가 모두 공급되도록 냉매제어밸브를 열 수 있지만, 제1 세이빙모드에서는 외측 압축공간만, 제2 세이빙모드에서는 내측 압축공간만 열어 냉매가 선택된 압축공간으로만 공급되도록 함으로써 파워모드에 비해 냉력을 낮출 수 있도록 할 수 있다.

1 : 케이싱 2 : 전동부
23 : 크랭크축 23c : 편심부
100 : 압축부 110 : 상부베어링
112a : 제1 토출구 120 : 하부베어링
122a : 제2 토출구 123 : 흡입구
130 : 실린더 131 : 외측 실린더부
132 : 내측 실린더부 133 : 베인부
40 : 롤링피스톤 141 : 피스톤부
142 : 구동전달부 142a :편심부 구멍
142b : 단차면 142d : 흡입통공
145 : 부시홈 V1,V2 : 외측, 내측 압축공간

Claims

흡입관이 연결되는 케이싱;
상기 케이싱의 내부에 설치된 전동부의 회전력을 전달하는 크랭크축;
상기 크랭크축을 지지하는 복수 개의 베어링 플레이트;
상기 복수 개의 베어링 플레이트와 함께 압축공간을 형성하도록 그 복수 개의 베어링 플레이트 사이에 고정 결합되고, 반경방향으로 소정의 간격을 두고 환형으로 형성되는 외측 실린더부와 내측 실린더부, 그리고 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이를 반경방향으로 연결하여 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 분리하는 베인부를 갖는 실린더; 및
상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에서 상기 베인부에 미끄러지게 결합되어 선회운동을 하면서 상기 외측 실린더부와 내측 실린더부 사이에 외측 압축공간과 내측 압축공간을 분리하는 피스톤부와, 상기 피스톤부에서 연장되어 크랭크축에 편심지게 결합되는 구동전달부를 갖는 롤링피스톤;을 포함하고,
상기 롤링피스톤의 구동전달부에는 상기 내측 압축공간의 흡입실과 연통되도록 흡입통공이 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 베어링 플레트 중에서 적어도 어느 한 쪽 베어링 플레이트에는 상기 흡입관이 연결되도록 흡입구가 형성되고,
상기 흡입구는 상기 흡입통공에 연통되는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 흡입구는 상기 외측 압축공간과 내측 압축공간에 연통되는 출구가 단일 통로로 형성되는 압축기.
제2항에 있어서,
상기 흡입구는 상기 외측 압축공간과 내측 압축공간에 연통되는 출구가 서로 다른 통로로 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 베어링 플레이트에는 각각 흡입구가 형성되고, 상기 각각의 흡입구는 상기 외측 압축공간과 내측 압축공간에 독립적으로 연통되는 압축기.
제5항에 있어서,
상기 각 흡입구에는 흡입관이 각각 연결되고, 상기 각 흡입관으로 흡입되는 냉매를 제어하도록 밸브가 설치되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 롤링피스톤의 구동전달부에는 상기 흡입통공과 연결되어 상기 내측 압축공간이 외측 압축공간과 연통되도록 외주면으로 관통되는 흡입안내홈이 형성되는 압축기.
제1항에 있어서,
상기 베인부는,
상기 외측 실린더부의 내주면에 연결되는 제1 베인부; 및
상기 내측 실린더부의 외주면에 연결되는 제2 베인부;로 이루어지며,
상기 제1 베인부의 높이는 상기 제2 베인부의 높이와 상이하게 형성되는 압축기.
제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 베어링 플레이트 중에서 어느 한 쪽 베어링 플레이트에 상기 외측 압축공간에 연통되는 제1 토출구와 상기 내측 압축공간에 연통되는 제2 토출구가 형성되는 압축기.
제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,
상기 복수 개의 베어링 플레이트 중에서 어느 한 쪽 베어링 플레이트에는 상기 외측 압축공간에 연통되는 제1 토출구가 형성되고, 다른 한 쪽 베어링 플레이트에는 상기 내측 압축공간에 연통되는 제2 토출구가 형성되는 압축기.