KR20150085469A

KR20150085469A - 회전식 압축기 및 냉각 순환 장치

Info

Publication number: KR20150085469A
Application number: KR1020147028741A
Authority: KR
Inventors: 마사오 오쥬; 빈 가오; 링 왕; 웨이민 씨앙; 지쟝 유; 홍 규오; 징타오 양; 쳉 쟝
Original assignee: 광동 메이지 컴프레셔 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-07-23
Also published as: WO2015062048A1; AU2013386506A1; JP6197049B2; JP2016511810A; EP2927499A1; EP2927499A4; KR101715067B1; US20160231038A1; AU2013386506B2; EP2927499B1; US10072661B2

Abstract

본 발명은 회전식 압축기 및 냉각 순환 장치에 관한 것이다. 회전식 압축기는, 밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 하우징 내부에는 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며, 하우징의 내부 압력은 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하게 구성된다. 압축기구는 주베어링, 부베어링, 및 주베어링과 부베어링 중 적어도 어느 하나에 구비된 배기 소음기를 포함한다. 배기 소음기의 냉매는 슬라이드 베인 챔버를 통과하여 압축기구에 구비된 배기관으로부터 배출된다.

Description

회전식 압축기 및 냉각 순환 장치{ROTATORY COMPRESSOR AND REFRIGERATING CYCLE DEVICE}

본 발명은 회전식 압축기 및 냉각 순환 장치에 관한 것이다.

회전식 압축기를 탑재한 장치는 세계적으로 이미 보급되어 있으나, 이러한 회전식 압축기는 거의 모두 하우징 내부가 고압이다. 그 원인은 고압형 회전식 압축기가 에너지 효율과 코스트 그리고 소형화 및 오일 제어 등의 측면에서 우세를 가지고 있기 때문이다. 한편, 지구 환경 보호 관점에서 볼 때, CO₂, HC 등 자연 냉매의 사용도 큰 관심을 받고 있으며, 또한 HC냉매를 회전식 압축기에 이용하는 계획도 현재 추진중이다.

하지만, CO₂의 작동 압력은 매우 높으며, 하우징 내부가 고압인 회전식 압축기의 하우징의 내압(耐壓)도 10MPa 이상이어야 하고, 철 하우징의 벽 두께는 적어도 7mm이어야 하므로 제조성과 원가가 큰 과제로 되었다. 또한, R290등의 HC계 냉매는 강렬한 가연성을 가지고 있으므로, 냉동 시스템에 대한 봉입량을 제한해야 한다. 이와 같은 배경으로 인해, 고압 하우징의 회전식 압축기는, 하우징 벽 두께가 얇고 냉매 봉입량이 적은 하우징 저압측의 회전식 압축기의 개발이 기대되고 있다. 그리고, 상기 CO₂(탄산가스), HC(탄화수소)의 저압형과 같은 회전식 압축기를 사용하면, 윤활유와 냉매의 상용성(용해)이 매우 높으므로 오일 점도가 더 현저하게떨어지게 된다.

인용참증 1: USP 2988267 ROTARY COMPRESSOR LUBRICATING ARRANGEMENT(1961년) 인용참증 2: 일본공개특허 제1998-259787호　회전형 밀봉 압축기 및 그 냉각 장치

본 발명은 적어도 종래 기술에 존재하는 하나의 기술적 과제를 해결하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명의 하나의 목적은 회전식 압축기를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 회전식 압축기를 구비한 냉각 순환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기는, 밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 상기 하우징 내부에 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며, 상기 하우징의 내부 압력은 상기 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하며, 상기 압축기구는, 압축 챔버 및 그 안의 슬라이드 베인 챔버를 구비한 실린더, 상기 압축 챔버 내에 설치된 피스톤, 상기 피스톤을 공전시키는 편심축, 상기 실린더에 구비된 슬라이드 베인 챔버 내에서 상기 피스톤과 동기적으로 왕복 운동을 하는 슬라이드 베인, 상기 편심축을 슬라이드 지지하고 상기 슬라이드 베인 챔버에 연결된 주베어링과 부베어링, 상기 주베어링과 상기 부베어링 중 적어도 하나에 구비된 배기 소음기를 포함하고, 상기 배기 소음기의 냉매는 상기 슬라이드 베인 챔버를 통과하여 상기 압축기구에 구비된 배기관으로부터 배출되는 것으로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기에 의하면, 슬라이드 베인의 슬라이드 면을 효과적으로 윤활시킬 수 있으며, 압축기 전체의 오일을 제어할 수 있다. 결과적으로 슬라이드 베인의 신뢰성을 확보하고, 또한 윤활 문제로 인한 압축기 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기는, 밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 상기 하우징 내부에 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며, 상기 하우징의 내부 압력은 상기 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하며, 상기 압축기구는, 압축 챔버A를 구비한 실린더A, 압축 챔버B를 구비한 실린더B, 상기 실린더들 사이에 설치된 중간 격리판, 상기 압축 챔버A와 상기 압축 챔버B에 각각 구비된 피스톤, 이들 피스톤을 공전시키는 편심축, 상기 실린더A와 상기 실린더B 각각에 구비된 슬라이드 베인 챔버A와 슬라이드 베인 챔버B에서 상기 피스톤과 각각 동기적으로 왕복 운동을 하는 슬라이드 베인, 상기 편심축을 슬라이드 지지하고 상기 슬라이드 베인 챔버A에 연결된 주베어링과 상기 슬라이드 베인 챔버B에 연결된 부베어링, 상기 주베어링과 상기 부베어링에 각각 구비된 주베어링 배기 소음기와 부베어링 배기 소음기를 포함하며, 상기 주베어링 배기 소음기로부터 배출된 냉매는 상기 슬라이드 베인 챔버A를 통과하며, 상기 부베어링 배기 소음기로부터 배출된 냉매는 상기 슬라이드 베인 챔버B를 통과하며, 이들 냉매는 상기 중간 격리판에 구비된 배기관으로부터 배출되는 것으로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기는, 밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 상기 하우징 내부에 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며, 상기 하우징의 내부 압력은 상기 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하며, 상기 압축기구는, 압축 챔버A를 구비한 실린더A, 압축 챔버B를 구비한 실린더B, 상기 실린더들 사이에 설치된 중간 격리판, 상기 압축 챔버A와 상기 압축 챔버B에 각각 구비된 피스톤, 이들 피스톤을 공전시키는 편심축, 상기 실린더A와 상기 실린더B 각각에 구비된 슬라이드 베인 챔버A와 슬라이드 베인 챔버B에서 상기 피스톤과 각각 동기적으로 왕복 운동을 하는 슬라이드 베인, 상기 편심축을 슬라이드 지지하고 상기 슬라이드 베인 챔버A에 연결된 주베어링과 상기 슬라이드 베인 챔버B에 연결된 부베어링, 상기 주베어링과 상기 부베어링에 각각 구비된 주베어링 배기 소음기와 부베어링 배기 소음기를 포함하며, 상기 주베어링 배기 소음기 또는 상기 부베어링 배기 소음기 중 어느 하나로부터 배출된 냉매가 상기 2개의 슬라이드 베인 챔버을 통과한 후 다른 하나의 배기 소음기의 냉매와 합류하여 상기 압축기구에 구비된 배기관으로부터 배출되는 것으로 구성된다.

본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기에 의하면, 슬라이드 베인의 슬라이드 면을 효과적으로 윤활시킬 수 있으며, 압축기 전체의 오일을 제어할 수 있다. 결과적으로 슬라이드 베인의 신뢰성을 확보하고, 윤활 문제로 인한 압축기 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 일부 예시에서, 상기 배기관의 일단이 주베어링 배기 소음기 내부에 넣어진다.

본 발명의 다른 일부 예시에서, 상기 배기관의 일단이 부베어링 배기 소음기 내부에 넣어진다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각 순환 장치는, 본 발명의 상기 실시예에 따른 회전식 압축기와, 상기 회전식 압축기의 배기관에 연결된 오일 분리기와, 상기 회전식 압축기에 연결된 냉각기와, 상기 회전식 압축기에 연결된 증발기와, 상기 냉각기와 상기 증발기 사이에 연결된 팽창 밸브를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 오일 분리기는 상기 회전식 압축기에 구비된 압축 챔버에 대해 개구된 오일 주입홀과 연통되고, 상기 오일 주입홀은 상기 압축 챔버에 구비된 피스톤의 공전에 의해 개폐된다.

본 발명의 다른 일부 실시예에서, 상기 오일 분리기는 상기 회전식 압축기에 구비된 중간 격리판을 거쳐, 상기 회전식 압축기에 구비된 2개의 압축 챔버에 대해 개구된 오일 주입홀과 연통되며, 상기 오일 주입홀은 각각 상기 각 압축 챔버에 구비된 피스톤의 공전에 의해 개폐된다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 회전식 압축기 내부의 냉매의 주성분은 탄산가스 또는 탄화수소가스이며, 상기 회전식 압축기 내부의 윤활유의 주성분은 폴리머인 폴리알킬렌글리콜이다.

본 발명의 부가적인 측면과 장점은 이하 설명에서 부분적으로 제공되며, 일부는 이하 설명으로부터 명백해지거나 또는 본 발명의 구현을 통해 파악될 수 있다.

본 발명의 회전식 압축기에 의하면, 슬라이드 베인의 슬라이드 면을 효과적으로 윤활시킬 수 있으며, 압축기 전체의 오일을 제어할 수 있어, 결과적으로 슬라이드 베인의 신뢰성을 확보하고, 또한 윤활 문제로 인한 압축기 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명의 상기 및/또는 부가적인 측면과 장점은 이하 도면을 결합하여 진행한 실시예에 대한 설명으로부터 명백해지고 쉽게 이해될 수 있다. 여기서,
도 1은 본 발명의 실시예 1과 관련된 회전식 압축기의 내부를 나타낸 종단면도와 냉각 순환도이고,
도 2는 실시예 1과 관련된 압축기구의 상세 구조를 나타낸 종단면도이고,
도 3은 실시예 1과 관련된 압축기구 구조를 나타낸 평단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예 2와 관련된 압축기구의 상세 구조를 나타낸 종단면도이고,
도 5는 실시예 2와 관련된 압축기구의 상세 구조를 나타낸 종단면도이고,
도 6은 본 발명의 실시예 3과 관련된 압축기구의 상세 구조를 나타낸 종단면도이고,
도 7은 실시예 3과 관련된 압축기구의 상세 구조를 나타낸 종단면도이고,
도 8은 실시예 3과 관련된 압축기구의 상세 구조를 나타낸 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 상기 실시예의 예시는 도면에 나타냈고, 시종여일하게 동일 또는 유사한 도면부호로 동일 또는 유사한 부품 또는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부품을 표시하였다. 이하 도면을 참조하면서 설명한 실시예는 예시적인 것이며, 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 대한 한정으로 이해해서는 안된다.

본 발명에 대한 설명에서 이해해야 할 바로는, 용어 "중심", "세로방향", "가로방향", "상", "하", "앞", "뒤", "좌", "우", "수직", "수평", "꼭대기", "바닥", "내", "외" 등이 지시하는 방위 또는 위치 관계는 도면에 기반하여 나타낸 방위 또는 위치 관계로서, 본 발명의 설명을 편리하게 하고 단순화하여 설명하기 위한 것일 뿐, 지시되는 장치 또는 부품이 반드시 특정된 방위를 가지거나, 특정된 방위로 구성되고 조작되어야 함을 가리키거나 암시하는 것이 아니므로, 본 발명에 대한 한정으로 이해해서는 안된다. 또한, 용어 "제1", "제2"는 설명을 위한 것일 뿐, 상대적인 중요성을 지시 또는 암시하거나, 또는 지시되는 구성요소의 수를 암묵적으로 가리키는 것으로 이해해서는 안된다. 이에 따라, "제1", "제2"로 한정된 구성요소는 하나 또는 더욱 많은 수의 당해 구성요소를 명시적 또는 암묵적으로 포함한다. 본 발명에 대한 설명에서 다른 설명이 없는 한 "다수"의 함의는 2개 또는 2개 이상을 가리킨다.

본 발명에 대한 설명에서 설명해야 할 것은, 명백한 규정과 한정이 없는 한, 용어 "장착", "서로 연결", "연결"은 광의적으로 이해해야 한다. 예를 들어, 고정 연결될 수도 있고, 분리가능하게 연결될 수도 있으며, 또는 일체로 연결될 수도 있다. 또한, 기계적 연결 또는 전기적 연결일 수 있다. 또한, 직접적 연결 또는 중간에 매개물을 통해 간접적으로 연결될 수도 있으며, 두 부품 내부 연통일 수도 있다. 본 분야의 통상의 기술자라면 구체적인 상황에 따라 상기 용어가 본 발명에서 가지는 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기를 설명한다.

하우징이 고압인 회전식 압축기에서, 하우징 내부에 저장된 오일은 하우징(고압측)과 압축기(저압~고압)간의 압력차로 인해 슬라이드 부품의 슬라이드 간극을 통해 냉동 순환하는 냉매 순환비 5~7% 정도의 오일량으로 압축기에 공급된다. 또한, 배출된 오일과 냉매의 혼합물은 하우징 내에서 분리되며, 냉각 시스템에 대한 오일 토출량을 1% 이하로 감소시킬 수 있다.

한편, 하우징 저배압형의 회전식 압축기에서는, 하우징 내부 압력이 저압이므로 압력차의 영향으로 인해 오일은 압축기로 공급될 수 없다. 따라서, 실린더 흡기홀의 압력 하강으로 인해 발생된 작은 압력 강하를 이용하여 하우징 내에 존재하는 오일을 압축기로 공급한다. 그 오일 공급량은 고압형 회전식 압축기와 거의 같다. 하지만 냉각 순환 성능의 열화를 방지하기 위해서는, 냉동 순환하는 오일 토출량은 반드시 1% 이하여야 하므로 분리 효율이 높은 오일 분리기에 의해 오일을 회수하여 압축기 또는 하우징 내부로 돌려보낼 수 있는 것이 필요된다.

오일이 압축기로 돌아간 경우, 오일을 재사용할 수 있으며, 오일 분리기가 분리할 수 없는 오일량, 즉 토출량에 상당하는 양(통상, 냉매 순환량의 1%이하)을 압축 챔버로 추가 공급하면 된다. 오일을 압축기의 하우징 내부로 회수하는 방법에 있어서, 오일을 압축기의 하우징 내부로 회수하는 것은 비교적 쉬우나, 압축 챔버에서는 재사용할 수 없으므로, 압축 챔버에 대한 추가 오일 공급량이 증가된다. 또한, 하우징으로 돌아간 오일에 포함된 냉매의 재팽창 손실로 인해 압축기의 용적효율이 저하되는 문제점이 발생한다.

따라서, 오일을 압축기 내부로 돌아가게 하는 방법은 유리하지만, 설사 이 방법을 이용한다고 해도 저압의 회전식 압축기에서는 슬라이드 베인 배면을 수용한 슬라이드 베인 챔버가 고압의 밀폐 챔버에 있어, 슬라이드 베인의 슬라이드 간극에 대한 윤활이 불충분하므로 마모에 의한 고장을 야기할 수 있다. 따라서 저압의 회전식 압축기를 구현하기 위해서는 압축기 내부의 오일 제어는 가장 중요한 과제로 된다.

본 발명의 실시예는, 슬라이드 베인 윤활 방법에 대하여 연구하였으며, 상기 오일의 순환 이용 방식을 진일보하여 채택하였다. 구체적으로, 부베어링(30)에 구비된 배기 소음기(B)(32)로 배출된 약 5%의 오일 함유 혼합 냉매는 기체 통로(B)(33)를 통해 슬라이드 베인 챔버(12)를 통과하여 주베어링 플랜지(25a)에 연결된 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)로 배출된다. 혼합 냉매가 슬라이드 베인 챔버(12)(고압측)를 통과할 때, 압축 챔버(13)(저압~고압)와의 압력차로 인해 슬라이드 베인(20)의 슬라이드 베인 간극에 오일을 공급하여, 슬라이드 베인(20)이 윤활된다. 오일 분리기(S)에 확보된 오일(7)은 압축 챔버(13)에 대해 개구된 오일 주입홀(62)로부터 토출되어 슬라이드 베인(240)과 슬라이드 베인(20)의 선단을 윤활한다.

본 발명의 실시예에 따른 회전식 압축기는, 슬라이드 베인의 슬라이드면을 효과적으로 윤활하고 압축기 전체의 오일을 제어할 수 있다. 결과적으로, 슬라이드 베인의 신뢰성을 확보하고, 또한 윤활 문제로 인한 압축기 효율 저하를 방지할 수 있다.

실시예 1: 　

본 발명의 실시예 1에 따른 회전식 압축기(100)와 냉각 순환계는 도 1과 같다. 회전식 압축기(100)는 밀폐 하우징(2)의 내경안에 장착된 압축기구(4)와, 그 상부에 배치된 전동식 모터(3)로 이루어진다. 압축기구(4)는 실린더(10)와, 하우징(2)의 내경안에 고정된 주베어링(25) 및 부베어링(30) 등으로 이루어지며, 이들은 볼트에 의해 조립되어 있다. 주베어링(25)의 외주에 연결된 배기관(6)과 오일 주입관(61)에 오일 분리기(S)가 연결되어 있다. 오일 주입관(61)과 오일 분리기(S) 사이에는 압축 챔버에 대한 오일 공급량을 조절하기 위해 모세관(T)이 배치되어 있다. 또한, 하우징(2)의 상단에 흡기관(5)이 배치되고, 오일 풀(Oil pool)(8)에는 오일(7)이 봉입되어 있다. 또한, 흡기관(5)은 모터(3)와 압축기구(4) 사이에 배치될 수도 있다.

흡기관(5)으로부터 하우징(2)으로 유입된 저압 냉매는 모터(3)를 냉각시킨 후, 흡기 커버(65) 내부를 통과하여 실린더(10) 내부로 흡입된다. 실린더(10)에서 압축된 고압 냉매는 이후 상세히 설명되는 바와 같이 압축기구(4) 내부를 통과하여 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)로 배출된다. 배출된 고압 냉매에 함유된 오일은 오일 분리기(S)에서 분리된다. 분리된 오일은 오일 분리기(S)의 바닥부에 저장되며, 오일이 분리된 냉매는 분리기의 배기관(51)으로부터 냉각기(C)로 배출된다.

냉각기(C)에서 냉각된 고압 냉매는 팽창 밸브(V)로부터 증발기(E)로 유동하여 저압 냉매로 되며, 흡기관(5)으로부터 하우징(2)으로 흡입되기 시작한다. 그 결과, 냉매가 순환하는 냉각 순환 시스템으로 구성된다. 또한, 오일 분리기(S)에서 분리된 오일은 후술되는 바와 같이 오일 주입관(61)으로부터 실린더(10)에 구성된 압축 챔버(13)로 돌아간다. 도 1에서의 부호 Ps는 저압 냉매의 압력을 나타내고, 부호 Pd는 고압 냉매의 압력을 나타낸다.　

도 2는 압축기구(4)의 상세 단면도이다. 실린더(10)의 중간에 구비된 원기둥형 압축 챔버(13)는 주베어링 플랜지(25a)와 부베어링 플랜지(30a)에 의해 밀폐된다. 편심축(16)은 주베어링(25)과 부베어링(30)에 의해 슬라이드 지지되며, 압축 챔버(13)에 배치된 피스톤(24)은 편심축(16)의 편심축부(16b)에 의해 공전한다. 슬라이드 베인(20)은 피스톤(24)의 공전과 함께 왕복 운동하며, 슬라이드 베인(20)은 실린더(10)에 구비된 슬라이드 베인 홈(15)(도 3에 도시됨)에서 슬라이딩 한다.

주베어링 플랜지(25a) 및 부베어링 플랜지(30a)에 연결되고 슬라이드 베인(20)의 배면에 위치한 슬라이드 베인 챔버(12)는 왕복 운동하는 슬라이드 베인(20)을 수용한다. 이 외에, 슬라이드 베인 챔버(12)는 또한 슬라이드 베인(20)의 배면에 고정된 슬라이드 베인 스프링(21)이 신축 가능한 챔버이다. 슬라이드 베인(20)은 그 배면과 선단의 압력차를 이용하여 피스톤(24)을 추종하여 왕복 운동하므로, 슬라이드 베인 챔버(12)는 통상 반드시 고압측이어야 한다. 따라서, 슬라이드 베인 챔버(12)가 배기 소음기(B)(32)와의 연통은 통상 고압 챔버이다. 이로써, 슬라이드 베인 스프링(21)의 가공 홀을 수용하기 위하여 밀폐판(23)으로 밀폐한다.

부베어링(30)의 밑면은 평판(B)(34)에 의해 밀폐되므로 부베어링(30)에 배기 소음기(B)(32)가 형성되어 있다. 배기 소음기(B)(32)에는 압축 챔버(13)에 대해 개구된 배출홀(14)이 구비되며, 원판형의 배기밸브(40)는 배기홀(14)을 개폐한다. 회전식 압축기의 배기밸브는 일반적으로 혀바닥형(Tongue type valve)를 이용한다. 하지만, 실시예 1에서는 배기 소음기(B)(32)의 내부 용적을 감소시키기 위해 고효율의 원형 밸브를 이용하였다.

실시예 1의 특징으로서, 부베어링 플랜지(30a)와 주베어링 플랜지(25a)에 각각 구비된 기체 통로(B)(33)와 기체 통로(A)(27)는 슬라이드 베인 챔버(12)의 개구단에 대해 개구되어 있다. 그리고, 기체 통로(A)(27)에 배기관(6)이 연결되어 있다. 배기관(6)의 선단측은 오일 분리기(S)의 내부에 구성된 분리통(53)에 연결되고 그 내부에 대해 개구되었다.

주베어링 플랜지(25a)의 상부에는 스탬핑 가공을 거친 흡기 커버(65)가 고정되어 있다. 주베어링 플랜지(25a)에는 주베어링 흡입홀(29)이 있고, 실린더(10)에 가공된 실린더 흡기홀(17)에 연결된다. 따라서, 하우징(2)의 저압 냉매는 커버 플레이트 홀(65a)로부터 흡기 커버(65) 내로 유입되어, 주베어링 흡입홀(29), 실린더 흡입홀(13a)의 순서에 따라 흘러서 압축 챔버(13) 내로 흡입된다.

압축 챔버(13)에 흡입된 저압 냉매는 고압 냉매로 압축되어 배기홀(14)로부터 배기 소음기(B)(32)로 배출되며, 기체 통로(B)(33)로부터 슬라이드 베인 챔버(12)를 통과하여 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)의 분리통(53)으로 배출된다. 여기서, 실린더 흡입홀(13a)에 대해 개구된 오일 공급관(63)은 실린더 흡입홀(13a)에서 생성된 압력 강하를 이용하여 오일 풀(8)의 오일(7)을 흡인하여, 압축 챔버(13)에 소량의 오일을 공급한다.

압축 챔버(13)에 공급된 오일은 피스톤(24)의 상하 평면 슬라이드면과 피스톤 외주면, 슬라이드 베인 선단의 슬라이드면의 윤활에 사용될뿐만 아니라 압력차로 인해 발생되는, 슬라이드 간극 및 피스톤 외경으로부터의 가스 누설을 방지할 수 있다. 하지만 오직 당해 압축 챔버에 대해서만 오일을 공급할 경우, 슬라이드 베인 홈(15)에 은폐된 슬라이드 베인(20)의 슬라이드면의 윤활은 불가능하다.

다음으로, 압축 챔버(13)의 피스톤(24)과 슬라이드 베인(20)의 선단을 윤활시키고, 냉매를 효과적으로 압축하기 위하여, 필요한 오일 공급량(G)을 냉동 순환 시스템에서 순환되는 냉매량(Q)의 5%(G/Q=0.05)가 되도록 한다. 이 외에, 압축 챔버(13)의 필수 오일 공급량(G)이 5%가 되는 근거는, 관련 압축기의 성능 측정에서 G를 점차 증가시킬 경우, 5~7%의 범위내에서 압축기의 냉동력(COP)이 최대가 되는 시험 데이터로부터 얻을 수 있다.

압축 챔버(13)에서 압축된 고압 냉매는, 냉매와 5%의 분무 형상 오일을 포함한 오일-냉매 혼합물(이하 혼합 냉매로 칭함)이며, 배기홀(14)로부터 배기 소음기(B)(32)를 통과하고, 기체 통로(B)(33)로부터 슬라이드 베인 챔버(12)를 통과하고, 기체 통로(A)(27)에 연결된 배기관(6)으로부터 분리통(53)에 도달하며, 나아가 분리통(53)에 구비된 다수의 미세 홀(55)을 통과하여 분리기 하우징(50)으로 흐른다. 이때 미세 홀(55)을 통하여 분리된 오일은 분리기 하우징(50)으로 떨어져 저장된다. 이 외에, 분리통(53)에서 분리된 오일은 분리통(53)에 떨어져 하부 홀(56)을 통과하여 분리기 하우징(50)의 오일(7)과 합류한다.

상기 혼합 냉매의 유동중, 고압측의 슬라이드 베인 챔버(12)와 압축 챔버(13)(저압~고압) 사이에 압력차에 의한 작용이 있으므로 슬라이드 베인 챔버(12)로 부터 일부 혼합 냉매가 슬라이드 베인(20)과 슬라이드 베인 홈(15) 사이에 형성된 슬라이드 간극으로 유입하게 된다. 슬라이드 간극에 유입된 혼합 냉매는 총 4개의 평면으로 구성된 슬라이드 베인(20)의 슬라이드면을 윤활하고 또한 간극으로부터 압축 챔버(13)로의 냉매 누설을 방지한다. 따라서 슬라이드 베인(20)의 격렬한 슬라이딩으로 인하여 발생되는 마모를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 고압 냉매 누설에 인한 압축기의 용적 효율의 저하를 방지할 수 있다. 또한 슬라이드 베인(12)의 윤활이 이루어진 후의 오일은 압축 챔버(13)로 유출된다.

여기서, 슬라이드 베인 챔버(12)로부터 슬라이드 간극을 거쳐 압축 챔버(13)로 유출된 오일량(g)이 비교적 많은 경우라도 냉매 순환량(Q)의 약 1%인 것으로 추측된다. 상기 유출된 오일량(g)이 1%인 경우, 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)로 흐른 오일량은 G-g으로서 4%이다. 또한 오일 분리기(S)의 오일 분리 효율이 75%인 경우, 분리기 배기관(51)으로부터 냉동 순환으로 유출된 오일 토출량은 1%이고, 분리기 하우징(50)에 확보된 오일량은 3%이다.

전술한 바와 같이, 실시예에 따른 방법은 분리기 하우징(50)에 확보된 오일을 압축 챔버(13)로 돌아가게 하는 것이다. 도 3은 도 2의 Ｘ-Ｘ단면도로서, 주베어링 플랜지(25a)에 연결된 오일 주입관(61)을 통하여, 분리기 하우징(50)의 오일(7)을 압축 챔버(13)에 대해 개구된 오일 주입홀(62)로부터 압축 챔버(13)로 돌려보낸다.

공전하는 피스톤(24)의 평면 슬라이드면에 의해 오일 주입홀(62)이 개페되는 피스톤의 회전각이 사전에 설정되므로, 고압 냉매는 압축 챔버(13)로부터 오일 주입관(61)으로 역류하지 않으며, 또한 당해 설계에서 고압의 오일은 압축 챔버(13)의 저압측으로 누설되지 않는다. 따라서 분리기 하우징(50)으로부터 압축 챔버(13)로 효과적으로 3%의 오일이 돌아갈 수 있다. 이 외에, 인용참증 1과 인용참증 2에, 피스톤의 회전각에 따라 오일 주입홀이 개구되며, 오일을 압축 챔버로 주입하는 방법 및 그 효과가 상세히 서술되어 있다.　

오일 주입관(61)을 통하여 오일 분리기(S)로부터 압축 챔버(13)로 3%의 오일이 돌아갈 수 있으면, 상기 슬라이드 베인 챔버(12)로부터 압축 챔버(13)로 흐르는 오일량(g)은 1%이다. 따라서, 오일 공급관(63)으로부터의 오일 공급량이 1%일 때 압축 챔버(13)의 오일 공급량이 5%이면 필요한 오일 공급량(G)을 확보할 수 있다. 즉 압축기 전체의 오일 제어가 가능하다. 한편, 본 발명에서 오일 공급관(63)으로부터 나오는 필요한 오일 주입량은 통상적으로 냉각 순환계의 오일 토출량(OCR)과 같다.

여기서 모세관(T)은 분리기 하우징(50)에 확보된 오일을 압축 챔버(13)로 적절한 양으로 돌아가게 하는 조절 수단이다. 즉 모세관(T)의 저항력이 지나치게 크면 압축 챔버에 대한 오일 주입량이 적어지고 분리기 하우징(50)에 저장되는 오일이 증가하게 되므로 냉각 순환계에 대한 오일 토출량이 증가할 수 있다. 반대로, 모세관(T)의 저항력이 지나치게 작으면 분리기 하우징(50)에 오일이 존재하지 않고 압축 챔버(13)에 고압 냉매가 주입되어 압축기의 용적 효율이 떨어지게 된다.

이 외에, 도 3에 도시된 바와 같이, 주베어링 플랜지(25a) 부위에서 배기관(6)을 슬라이드 베인 챔버(12) 상부에 조립하기 어려운 경우, 주베어링 플랜지(25a)에, 슬라이드 베인 챔버(12)의 상부에 설치된 기체 통로(A)(27)와 연통하는 회로(25b)와 배기홈(25c)를 추가하면 배기관(6)의 장착이 쉬워진다. 이 외에, 배기관(6)과 오일 주입관(61)의 거리가 줄어들므로, 오일 분리기(S)의 설치가 쉬워진다.

상기와 같이 실시예 1은 5%의 오일을 함유한 혼합 냉매를 이용하여 압축 챔버(13)를 윤활하고, 또한 혼합 냉매를 슬라이드 베인 챔버(12)로 도입하는 것으로서, 슬라이드 베인(20)의 슬라이드면의 윤활 과제를 해결할 수 있다. 또한, 오일 분리기(S)를 통해 회수된 오일(7)은 오일 주입관(61)을 통해 자동으로 압축 챔버(13)로 돌아가며, 이로써 압축기의 오일 순환 시스템이 이루어진다.

실시예 2: 　

도 4에 도시된 바와 같이 실시예 2는 부베어링(30)과 주베어링(25)의 양측에 배기 소음기가 배치되는 설계이다. 따라서, 부베어링(30)의 배기 소음기(B)(32) 외에, 주베어링(25)에도 배기 소음기(A)(26)가 필요하다. 배기관(6)은 어느 한 측의 배기 소음기에 배치되면 되나, 도 4에서는 배기관(6)이 배기 소음기(B)(32)에 배치되고 도 5에서는 배기관(6)이 배기 소음기(A)(26)에 배치되었다.

주베어링(25)에서는, 압축 챔버(13)에 대해 개구된 배기홀(14)로부터 배기 소음기(A)(26)로 배출되는 혼합 냉매는 슬라이드 베인 챔버(12)를 통과하여 배기 소음기(B)(32)의 고압 냉매와 합류하여 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)로 유출된다. 다음으로, 실시예 1과 같은 경로에 따라 오일이 분리되고, 냉매는 냉각 순환계로 배출된다. 이 외에, 오일 분리기(S)에서 분리된 오일은 오일 주입관(61)으로부터 압축 챔버(13)로 돌아간다. 또한, 도 5에서는 슬라이드 베인 챔버(12)를 통과한 냉매의 유동은 비록 상기와 상반되지만, 도 5와 도 4는 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시예 3: 　

도 6에 도시된 실시예 3는, 실시예 1의 슬라이드 베인의 윤활 방법, 오일 제어법을 듀얼 실린더를 구비한 저압형 회전식 압축기에 응용할 수 있음을 나타낸다.

듀얼 실린더 회전식 압축기(200)의 압축기구(4)는 각각, 압축 챔버(13a)와 압축 챔버(13b)를 구비한 실린더(A)(10a)와 실린더(B)(10b), 그 사이에 배치된 중간 격리판(36), 각 실린더에 구비된 피스톤(24a)와 피스톤(24b), 슬라이드 베인(20a)과 슬라이드 베인(20b), 상기 2개의 피스톤을 공전시키는 편심축(16), 편심축(16)을 슬라이드 지지하고 상기 듀얼 실린더의 평면에 각각 연결된 주베어링(25)과 부베어링(30) 등으로 구성된다.

주베어링(25)과 부베어링(30)은 각각 압축 챔버(13a)와 압축 챔버(13b)에 개구된 배기홀(14)을 구비하고, 주베어링(25)과 부베어링(30)은 각각 배기 소음기(A)(26)와 배기 소음기(B)(32)를 구비한다. 즉, 배기 소음기(A)(26)는 주베어링 배기 소음기이고 배기 소음기(B)(32)는 부베어링 배기 소음기이다. 이 외에, 실린더 흡입홀(A)(11a)에는 오일 공급관(63)이 연결되어 있다. 또한 인용참증 2에 기재된 바와 같이 슬라이드 베인(20b)은 슬라이드 베인 스프링이 생략되었다.

주베어링 흡입홀(29)로부터 유입된 저압 냉매는 실린더 흡입홀(A)(11a)로부터 압축 챔버(13a)를 통과하고, 및 중간 격리판(36)을 통과하여 실린더 흡입홀(B)(11b)로부터 압축 챔버(13b)로 흡입된다. 각각 압축 챔버에서 압축된, 오일 함유 혼합 냉매는 배기 소음기(A)(26)와 배기 소음기(B)(32)로 배출된다. 배기 소음기(A)(26)의 혼합 냉매는 기체 통로(A)(27)를 통과하여 슬라이드 베인 챔버(A)(12a)로 유입되고, 배기 소음기(B)(32)의 혼합 냉매는 기체 통로(B)(33)을 통과하여 슬라이드 베인 챔버(B)(12b)로 유입된다. 이들 혼합 냉매는 중간 격리판의 기체홀(37)에 연결된 배기관(6)에서 합류하여 오일 분리기(S)로 배출된다.

혼합 냉매는 각각 슬라이드 베인 챔버(A)(12a)와 슬라이드 베인 챔버(B)(12b)를 통과하므로 실시예 1과 마찬가지로 슬라이드 베인(20a)와 슬라이드 베인(20b)을 윤활할 수 있다. 이 외에, 통로 면적이 큰 2개의 슬라이드 베인 챔버를 냉매 통로로 이용하여 배기 저항력이 현저히 떨어지도록 한다. 나아가, 중간 격리판(36)을 배기관(6)에 배치하여 배기 통로를 단축시킬 수 있으므로 배기 저항력이 더 떨어진다. 이러한 효과를 통하여 압축기의 압축 손실을 낮추고 압축기의 효율을 개선한다.

도 7은 도 6의 대체 기술로서, 배기관(6)을 배기 소음기(A)(26)에 배치하였다. 배기 소음기(B)(32)의 혼합 냉매는 기체 통로(B)(33)로부터 시작하여 슬라이드 베인(20b)과 슬라이드 베인(20a)의 순서에 따라 배기 소음기(A)(26)의 혼합 냉매와 합류한다. 합류된 혼합 냉매는 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)로 배출된다. 본 대체 기술도 도 6의 설계와 같이 슬라이드 베인(20a)과 슬라이드 베인(20b)으로 오일을 공급하고 윤활할 수 있다. 이 외에, 도 7에서 배기관(6)은 배기 소음기(B)(32)에 배치해도 된다.

듀얼 실린더의 저압형 회전식 압축기에서 압축 챔버(13a)와 압축 챔버(13b)는 모두 오일 공급이 필요하므로 실시예 1의 설계와 비교할 때 압축 챔버에 대한 전체 오일 공급량이 증가한다. 듀얼 실린더의 총배출량이 설사 싱글 실린더의 배출량과 같다고 하더라도 슬라이드 부품의 전체 슬라이드 면적은 1.5배 이상이 된다.

예를 들면, 싱글 실린더의 압축 챔버에 필요한 필수 오일 공급량(G)이 5%인 경우, 듀얼 실린더에서 2개의 압축 챔버에 필요한 필수 오일 공급량(G)은 모두 8~10%로 증가하게 된다. 또한 오일 분리기(S)에서 분리된 오일은 균일하게 압축 챔버(13a)와 압축 챔버(13b)로 돌아가야 한다. 이러한 배경으로 인해, 듀얼 실린더의 저압형 회전식 압축기에서 각 압축 챔버에 대한 오일 공급 방법은 오차가 비교적 작은 방법이 필요하다.

이 과제를 해결하기 위한 대책으로서 도 8에 도시된 것은 오일 분리기(S)로부터 압축 챔버(13a)와 압축 챔버(13b)로 오일을 공급하는 방법이다. 중간 격리판(36)에서 연결된 오일 주입관(61)의 선단부와 압축 챔버(13a) 및 압축 챔버(13b)를 관통한 오일 주입홀(62)은 연통되고, 주입홀(62)실시예 1에서 기술한 바와 같이 각 압축 챔버의 피스톤(24)에 의해 개폐되어, 필요한 오일을 정확하게 각 압축 챔버로 공급할 수 있다. 즉, 2개의 오일 주입홀(62)은 하나의 관통홀이므로 이들의 개구 위치와 홀 직경은 오차가 없다. 이 외에, 오일 주입관(61)과 모세관을 포함한 회로는 하나이므로, 2개의 압축 챔버에 대한 오일 공급량 면에서 차이가 없다는 특징이 있다.

한편, 각 압축 챔버에 필요한 필수 오일 공급량(G)이 4%이고, 각 슬라이드 베인 챔버로부터 슬라이드 간극을 거쳐 각 압축 챔버로 공급되는 오일 공급량(g)이 각각 0.5%인 경우, 배기관(6)으로부터 오일 분리기(S)로의 전체 오일 토출량은 7%(2G-2g)이다. 그리고, 오일 분리기(S)로부터 냉각 순환계로 배출되는 오일 토출량이 1%인 경우, 오일 공급관(63)으로부터 나오는 필수 오일 공급량은 1%이다. 이처럼 실시예 3에서, 본 발명은 듀얼 실린더의 저압형 회전식 압축기에도 응용될 수 있다.

본 발명의 개시 기술은 하우징 내부 압력이 저압측인 싱글 실린더 회전식 압축기뿐만 아니라 듀얼 실린더 회전식 압축기와 스윙형 회전식 압축기에서도 사용될 수 있다. 에어컨, 냉동장치, 온수기 등에 냉매로서 CO2, HC 등 자연 냉매를 사용할 때 본 발명의 개시 기술을 활용하여 효율과 신뢰성이 높은 저압형 회전식 압축기를 완성할 수 있다. 또한, 종래의 대량 생산 설비를 적용할 수 있어 제조성이 우수하다.

본 명세서의 설명에서, 참고용어 "일 실시예", "일부 실시예", "예시적 실시예", "예시", "구체적인 예시", 또는 "일부 예시"등의 표현은 당해 실시예 또는 예시와 결합하여 설명되는 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특점이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함됨을 가리킨다. 본 명세서에서 상기 용어에 대한 예시적 표현은 반드시 동일한 실시예 또는 예시를 가리키는 것은 아니다. 또한, 설명된 구체적인 특징, 구조, 재료 또는 특점은 어떠한 하나 또는 다수의 실시예 또는 예시에서 적절한 형태로 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예를 나타내고 설명하였으나, 당업자는 본 발명의 원리와 취지를 벗어나지 않는 상황에서 이들 실시예를 다양하게 변경, 수정, 교체 그리고 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위는 청구범위 및 그 균등물에 의해 한정된다.

100 : 회전식 압축기
2 : 밀폐 하우징
3 : 모터
4 : 압축기구
5 : 흡기관
6 : 배기관
10 : 실린더
20 : 슬라이드 베인
25 : 주베어링
30 : 부베어링

Claims

회전식 압축기로서,
밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 상기 하우징 내부에 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며,
상기 하우징의 내부 압력은 상기 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하며,
상기 압축기구는,
압축 챔버 및 그 안의 슬라이드 베인 챔버를 구비한 실린더,
상기 압축 챔버 내에 설치된 피스톤,
상기 피스톤을 공전시키는 편심축,
상기 실린더에 구비된 슬라이드 베인 챔버 내에서 상기 피스톤과 동기적으로 왕복 운동을 하는 슬라이드 베인, 및
상기 편심축을 슬라이드 지지하고 상기 슬라이드 베인 챔버에 연결된 주베어링과 부베어링, 이 때, 상기 주베어링과 상기 부베어링 중 적어도 하나에 구비된 배기 소음기를 포함하고,
상기 배기 소음기의 냉매는 상기 슬라이드 베인 챔버를 통과하여 상기 압축기구에 구비된 배기관으로부터 배출되는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
회전식 압축기로서,
밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 상기 하우징 내부에 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며,
상기 하우징의 내부 압력은 상기 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하며,
상기 압축기구는,
압축 챔버A 및 그 안의 슬라이드 베인 챔버를 구비한 실린더A,
압축 챔버B 및 그 안의 슬라이드 베인 챔버를 구비한 실린더B,
상기 실린더들 사이에 설치된 중간 격리판,
상기 압축 챔버A와 상기 압축 챔버B에 각각 구비된 피스톤,
이들 피스톤을 공전시키는 편심축,
상기 실린더A와 상기 실린더B 각각에 구비된 슬라이드 베인 챔버A와 슬라이드 베인 챔버B 내에서 상기 피스톤과 각각 동기적으로 왕복 운동을 하는 슬라이드 베인, 및
상기 편심축을 슬라이드 지지하고 상기 슬라이드 베인 챔버A에 연결된 주베어링과 상기 슬라이드 베인 챔버B에 연결된 부베어링, 이 때, 상기 주베어링과 상기 부베어링에 각각 구비된 주베어링 배기 소음기와 부베어링 배기 소음기를 포함하며,
상기 주베어링 배기 소음기로부터 배출된 냉매는 상기 슬라이드 베인 챔버A를 통과하며,
상기 부베어링 배기 소음기로부터 배출된 냉매는 상기 슬라이드 베인 챔버B를 통과하며,
이들 냉매는 상기 중간 격리판에 구비된 배기관으로부터 배출되는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
회전식 압축기로서,
밀봉형 하우징 내부에 윤활유를 내장 및 봉입하고, 상기 하우징 내부에 전동식 모터 및 회전식 압축기구가 구비되며,
상기 하우징의 내부 압력은 상기 압축기구의 흡기 압력과 서로 상당하며,
상기 압축기구는,
압축 챔버A 및 그 안의 슬라이드 베인 챔버를 구비한 실린더A,
압축 챔버B 및 그 안의 슬라이드 베인 챔버를 구비한 실린더B,
상기 실린더들 사이에 설치된 중간 격리판,
상기 압축 챔버A와 상기 압축 챔버B에 각각 구비된 피스톤,
이들 피스톤을 공전시키는 편심축,
상기 실린더A와 상기 실린더B 각각에 구비된 슬라이드 베인 챔버A와 슬라이드 베인 챔버B 내에서 상기 피스톤과 각각 동기적으로 왕복 운동을 하는 슬라이드 베인, 및
상기 편심축을 슬라이드 지지하고 상기 슬라이드 베인 챔버A에 연결된 주베어링과 상기 슬라이드 베인 챔버B에 연결된 부베어링, 이 때, 상기 주베어링과 상기 부베어링에 각각 구비된 주베어링 배기 소음기와 부베어링 배기 소음기를 포함하며,
상기 주베어링 배기 소음기 또는 상기 부베어링 배기 소음기 중 어느 하나로부터 배출된 냉매는 상기 2개의 슬라이드 베인 챔버을 통과한 후 다른 하나의 배기 소음기의 냉매와 합류하여 상기 압축기구에 구비된 배기관으로부터 배출되는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
제3항에 있어서,
상기 배기관의 일단이 주베어링 배기 소음기 내부에 넣어지는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
제3항에 있어서,
상기 배기관의 일단이 부베어링 배기 소음기 내부에 넣어지는 것을 특징으로 하는 회전식 압축기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 회전식 압축기와,
상기 회전식 압축기의 배기관에 연결된 오일 분리기와,
상기 회전식 압축기에 연결된 냉각기와,
상기 회전식 압축기에 연결된 증발기와,
상기 냉각기와 상기 증발기 사이에 연결된 팽창 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 순환 장치.
제6항에 있어서,
상기 오일 분리기는 상기 회전식 압축기에 구비된 압축 챔버에 대해 개구된 오일 주입홀과 연통되고, 상기 오일 주입홀은 상기 압축 챔버에 구비된 피스톤의 공전에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 냉각 순환 장치.
제6항에 있어서,
상기 오일 분리기는 상기 회전식 압축기에 구비된 중간 격리판을 거쳐, 상기 회전식 압축기에 구비된 2개의 압축 챔버에 대해 개구된 오일 주입홀과 연통되며, 상기 오일 주입홀은 각각 상기 각 압축 챔버에 구비된 피스톤의 공전에 의해 개폐되는 것을 특징으로 하는 냉각 순환 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전식 압축기 내부의 냉매의 주성분은 탄산가스 또는 탄화수소가스이며, 상기 회전식 압축기 내부의 윤활유의 주성분은 폴리머인 폴리알킬렌글리콜인 것을 특징으로 하는 냉각 순환 장치.