KR20180091575A - 밀폐형 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 밀폐형 압축기는, 롤러에 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 실린더의 내주면을 향해 인출되어 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 베인;을 포함하고, 상기 베인은, 상기 롤러에 삽입되는 바디부; 및 상기 바디부의 축방향 단부에서 상기 베인의 인출방향에 대해 교차되는 방향으로 연장되고, 제1 베어링과 제2 베어링중에서 적어도 어느 한 쪽 부재에 구비되는 가이드홈에 미끄러지게 삽입되어 상기 실린더의 원주방향 중에서 적어도 일부구간에서는 상기 베인이 롤러에서 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되는 것을 억제하는 가이드부;를 포함할 수 있다. 이를 통해 베인에 대한 기계적 마찰손실이 저감될 수 있다.

Description

밀폐형 압축기{HERMETIC COMPRESSOR}
본 발명은 밀폐형 압축기에 관한 것으로, 특히 베인 로터리 압축기에 관한 것이다.
일반적인 로터리 압축기는 롤러와 베인이 접촉되어, 그 베인을 중심으로 실린더의 압축공간이 흡입실과 토출실로 구분되는 압축기이다. 이러한 일반적인 로터리 압축기(이하, 로터리 압축기와 혼용함)는 롤러가 선회운동을 하면서 베인이 직선운동을 하게 되고, 이에 따라 흡입실과 토출실은 체적(용적)이 가변되는 압축실을 형성하여 냉매를 흡입, 압축, 토출하게 된다.
또, 이러한 로터리 압축기와는 반대로 베인이 롤러에 삽입되어, 그 롤러와 함께 회전운동을 하면서 원심력과 배압력에 의해 인출되면서 압축실을 형성하는 베인 로터리 압축기도 알려져 있다. 이러한 베인 로터리 압축기는 통상 복수 개의 베인이 롤러와 함께 회전을 하면서 그 베인의 실링면이 실린더의 내주면과 접촉된 상태에서 미끄러지게 되므로 일반적인 로터리 압축기에 비해 마찰손실이 증가하게 된다.
이러한 베인 로터리 압축기는 실린더의 내주면이 원형 형상으로 형성되기도 하지만, 최근에는 실린더의 내주면이 타원 형상으로 형성되어 마찰손실을 줄이면서도 압축효율을 높이는 소위 하이브리드 실린더를 구비한 베인 로터리 압축기(이하, 하이브리드 로터리 압축기)가 소개되고 있다.
도 1은 종래 베인 로터리 압축기에서 압축부를 횡단면하여 보인 단면도이다.
이에 도시된 바와 같이 종래의 하이브리드 실린더(1)의 내주면(1a)은, 그 실린더(1)의 내주면(1a)과 롤러(2)의 외주면(2a) 사이의 근접위치(이하, 제1 접촉점이라고 약칭함)(P1)와 실린더의 중심(Oc)을 지나는 제1 중심선(L1)을 기준으로 대칭이고, 제1 중심선(L1)에 대해 직교하며 실린더의 중심(Oc)을 지나는 제2 중심선(L2)을 기준으로 대칭을 이루는 소위 대칭형 타원 실린더 형상으로 형성되어 있다.
또, 롤러(2)의 외주면(2a)은 원형을 이루며, 그 롤러(2)의 외주면(2a)에 원주방향을 따라 복수 개의 베인슬롯(21)이 형성되어 있다. 베인슬롯(21)에는 각각 낱개의 베인(4)이 미끄러지게 삽입되어 실린더(1)의 압축공간을 복수 개의 압축실(11a,11b,11c)로 구획하고 있다.
각 베인(4)의 배압면(4b)에 대응하는 베인슬롯(21)의 내측단에는 그 베인(4)의 배압면(4b) 쪽으로 오일(또는 냉매)이 유입되도록 하여 각 베인(4)을 실린더(1)의 내주면 방향으로 가세할 수 있는 배압챔버(22)가 형성되어 있다. 이에 따라, 롤러(2)가 회전을 하면 베인(4)은 원심력과 배압력에 의해 인출되어 실린더(1)의 내주면과 접촉하게 되고, 이러한 베인(4)과 실린더(1) 사이의 접촉점(P2)은 그 실린더(1)의 내주면을 따라 이동하게 된다.
또, 실린더(1)와 롤러(2) 사이의 제1 접촉점(P1)을 기준으로 실린더(1)의 내주면 일측에는 흡입구(12)가, 타측에는 토출구(13)가 각각 형성되어 있다.
한편, 베인 로터리 압축기는 그 특성상 일반적인 로터리 압축기에 비해 압축주기가 짧기 때문에 과압축이 발생되고, 이 과압축으로 인해 압축손실이 발생하게 된다. 따라서 종래의 실린더(1)에는 복수 개의 토출구(13a)(13b)가 압축경로(압축진행방향)를 따라 형성되어 압축되는 냉매의 일부를 순차적으로 토출시킴으로써 과압축을 해소하고 있다.
이러한 복수 개의 토출구(13a)(13b) 중에서 압축경로를 기준으로 상류측에 위치하는 토출구를 부 토출구(또는, 제1 토출구)(13a), 하류측에 위치하는 토출구를 주 토출구(또는, 제2 토출구)(13b)라고 하며, 각 토출구(13a)(13b)의 외측에는 토출밸브(51)(52)가 각각 설치되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 베인 로터리 압축기는, 실린더(1)의 내주면과 베인(4)의 실링면(4a)이 항상 접촉되거나 또는 오일 유막을 사이에 두고 근접하여 상대운동을 함에 따라, 실린더(1)와 베인(4) 사이의 기계적 마찰손실이 증가하는 문제점이 있었다.
또, 종래의 베인 로터리 압축기는, 실린더(1)의 내주면(1a)과 베인(4)의 실링면(4a)이 접촉됨에 따라, 선속도와 관계된 반경이 길어지면서 선속도가 증가하여 기계적 마찰손실이 증가하는 문제점이 있었다.
또, 종래의 베인 로터리 압축기는, 실린더(1)와 베인(4)이 접촉하여 이동하는 전 구간 중에서 일부 구간에서는 베인(4)이 실린더(1)에 접하는 힘인 베인접촉력이 높아 기계적 마찰손실이 크고 그 외의 다른 구간에서는 베인접촉력이 낮아 냉매누설이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 실린더와 베인 사이의 접촉구간을 줄여 실린더와 베인 사이에서의 기계적 마찰손실을 감소시킬 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 롤러의 회전중심에서 압축실을 형성하는 부재들간의 접촉점까지의 반경을 줄여 선속도를 감소시킴으로써 기계적 마찰손실을 감소시킬 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 베인접촉력이 높아질 수 있는 구간에서는 베인접촉력을 낮춰 기계적 마찰손실을 줄이는 반면 베인접촉력이 낮아질 수 있는 구간에서는 베인접촉력을 높여 냉매누설을 억제할 수 있는 베인 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 베인의 실링면 면적보다 배압면 면적을 크게 형성하고, 상기 베인의 돌출량을 제한하도록 상기 베인과 그 베인의 축방향 양측을 지지하는 베어링 사이에 돌출제한부를 형성하는 로터리 압축기가 제공될 수 있다. 이로써, 베인을 실린더 방향으로 지지하는 배압력을 낮추면서도 베인접촉력을 확보하여 냉매누설을 방지하는 동시에 베인의 돌출량을 제한하여 베인과 실린더 사이의 기계적 마찰손실을 줄일 수 있다.
또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축실을 이루는 내주면이 타원 형상으로 형성되는 실린더; 상기 실린더의 상하 양측에 구비되어 상기 실린더와 함께 압축실을 형성하는 제1 베어링 및 제2 베어링; 상기 제1 베어링과 제2 베어링에 의해 지지되는 회전축에 결합되고, 상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및 상기 롤러에 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 베인;을 포함하고, 상기 베인은, 상기 롤러에 삽입되는 바디부; 및 상기 바디부의 축방향 단부에서 상기 베인의 인출방향에 대해 교차되는 방향으로 연장되고, 상기 제1 베어링과 제2 베어링중에서 적어도 어느 한 쪽 부재에 구비되는 가이드홈에 미끄러지게 삽입되어 상기 실린더의 원주방향 중에서 적어도 일부구간에서는 상기 베인이 롤러에서 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되는 것을 억제하는 가이드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 가이드부는 상기 바디부를 중심으로 원주방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가이드부는 상기 베인의 실링면측 외주면이 상기 가이드홈에 반경방향으로 지지되는 슬라이딩면이 형성되고, 상기 슬라이딩면의 곡률반경은 상기 가이드홈의 최소 곡률반경보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 슬라이딩면의 면적은 상기 바디부가 실린더의 내주면에 접하는 면적보다 작게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가이드부의 높이는 상기 가이드홈의 깊이보다 낮게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 바디부의 최대 돌출길이는 상기 실린더의 내주면과 상기 롤러의 외주면 사이의 최대 간격보다 작게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 실린더의 내주면에 접하는 상기 바디부의 실링면은 소정의 곡률반경을 가지는 곡면으로 형성되고, 상기 슬라이딩면의 곡률반경은 상기 바디부의 실링면의 곡률반경보다 크거나 같게 형성될 수 있다.
그리고, 상기 실린더의 내주면과 상기 가이드홈의 내주면은 각각 비원형으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 롤러에는 그 롤러에 대해 회전 가능하게 스윙부시가 결합되고, 상기 스윙부시에 상기 베인의 바디부가 미끄러지게 결합되어 상기 베인이 롤러에 인입되거나 인출될 수 있다.
또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축실을 이루는 내주면이 타원을 포함하는 형상으로 형성되고, 그 내주면 일측에는 흡입구가 형성되며, 상기 흡입구의 일측에는 적어도 한 개 이상의 토출구가 형성되는 실린더; 상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및 상기 롤러에 각각 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하고, 상기 실린더와 롤러가 가장 근접한 지점을 접촉점이라고 할 때, 상기 접촉점을 기준으로 상기 롤러가 1회전을 하는 전체 구간에는 상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 이격되는 비접촉구간이 포함되며, 상기 비접촉구간에는 상기 실린더와 롤러 사이의 선속도가 가장 작은 구간이 포함되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 전체 구간에는 상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 접촉되는 접촉구간이 포함되며, 상기 접촉구간에는 상기 실린더와 롤러 사이의 선속도가 가장 큰 구간이 포함될 수 있다.
또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축실을 이루는 내주면이 환형으로 형성되고, 그 내주면 일측에는 흡입구가 형성되며, 상기 흡입구의 일측에는 적어도 한 개 이상의 토출구가 형성되는 실린더; 상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및 상기 롤러에 각각 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하고, 상기 복수 개의 베인중에서 상기 흡입구를 통과한 제1 베인과 그 제1 베인보다 후류측에 위치하는 제2 베인이 형성하는 압축실을 제1 압축실이라고 할 때, 상기 제1 압축실이 토출행정을 진행하는 과정에서는 상기 제1 베인과 제2 베인 중에서 적어도 한 개의 베인이 상기 실린더에서 이격되는 비접촉구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 압축실이 압축행정을 진행하는 과정에서는 상기 제1 베인과 제2 베인이 실린더에 접촉하는 접촉구간을 포함할 수 있다.
또, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 압축실을 이루는 내주면이 환형으로 형성되고, 그 내주면 일측에는 흡입구가 형성되며, 상기 흡입구의 일측에는 적어도 한 개 이상의 토출구가 형성되는 실린더; 상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및 상기 롤러에 각각 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하고, 상기 실린더의 내주면과 상기 롤러의 외주면이 가장 근접한 지점을 접촉점이라고 하며, 상기 접촉점과 상기 실린더의 중심을 지나는 선을 중심선이라고 할 때, 상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 이격되는 비접촉구간은 상기 중심선을 기준으로 상기 토출구가 포함되는 구간에 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 접촉되는 접촉구간은 상기 중심선을 기준으로 상기 흡입구가 포함되는 구간에 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 베인 로터리 압축기는, 실린더와 베인이 상대운동을 하는 구간 중에서 일부 구간에서는 실린더와 베인이 비접촉되도록 함으로써, 실린더와 베인 사이에서의 기계적 마찰손실을 줄여 압축기 효율을 높일 수 있다.
또, 롤러의 회전중심에서 압축실을 형성하는 부재들간의 접촉점까지의 반경이 감소됨에 따라 롤러의 회전시 베인이 접촉되는 부위에서 발생되는 선속도가 감소되고, 이로 인해 베인에 대한 기계적 마찰손실을 감소시킬 수 있어 압축기 효율이 향상될 수 있다.
또, 베인을 실린더 방향으로 지지하는 배압력을 낮추면서도 베인접촉력을 확보하여 냉매누설을 방지하는 동시에 베인의 돌출량을 제한하여 베인과 실린더 사이의 기계적 마찰손실을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 베인 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 2는 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기를 보인 종단면도,
도 3은 도 2에 따른 베인 로터리 압축기에서 압축부를 보인 "V-V" 단면도,
도 4는 도 3에 따른 베인 로터리 압축기에서 베인을 보인 사시도,
도 5는 도 4에 따른 베인을 보인 평면도,
도 6은 도 4에 따른 베인이 롤러와 베이링 사이에 조립된 상태를 보인 단면도,
도 7은 도 4에 따른 베인에 작용하는 힘의 관계를 보인 개략도,
도 8은 도 3에 따른 베인의 다른 실시예를 보인 평면도,
도 9는 본 발명에 따른 가이드홈의 일례를 보인 평면도로, 메인베어링에 형성된 가이드홈을 보인 "Ⅵ-Ⅵ" 단면도,
도 10은 롤러의 회전에 따른 접촉구간과 비접촉구간을 설명하기 위해 보인 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 같이 제1 중심선을 기준으로 상측 구간을 접촉구간, 하측 구간을 비접촉구간으로 구분한 경우, 배압력의 변화에 따른 롤러의 크랭크각(회전각) 대비 베인접촉력의 변화를 보인 그래프,
도 12a 및 도 12b는 각각 접촉구간과 비접촉구간에서 베인에 가해지는 배압력을 보인 개략도
이하, 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기를 보인 종단면도이고, 도 3은 도 2에 따른 베인 로터리 압축기에서 압축부를 보인 "V-V"단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기는, 케이싱(100)의 내부에 전동부(200)가 설치되고, 전동부(200)의 일측에는 회전축(250)에 의해 기구적으로 연결되는 압축부(300)가 설치된다. 케이싱(100)은 압축기의 설치양태에 따라 종방향 또는 횡방향으로 종형 또는 횡형으로 구분될 수 있다. 종형은 전동부와 압축부가 축방향을 따라 상하 양측에 배치되는 구조이고, 횡형은 전동부와 압축부가 좌우 양측에 배치되는 구조이다.
압축부(300)에는 축방향 양측에 설치되는 메인베어링(310)과 서브베어링(320)에 의해 압축공간(410)이 형성되는 실린더(330)가 포함된다. 본 실시예에 따른 실린더(330)는 그 내주면이 원형이 아닌 타원 형상으로 형성된다. 이러한 실린더(330)는 한 쌍의 장축과 단축을 가지는 대칭형 타원 형상으로 형성될 수도 있지만, 여러 쌍의 장축과 단축을 가지는 비대칭형 타원 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 비대칭형 타원으로 된 실린더를 통상 하이브리드 실린더라고 하고, 본 실시예는 하이브리드 실린더가 적용되는 베인 로터리 압축기에 관한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 하이브리드 실린더(이하, 실린더로 약칭함)(330)는 그 외주면(331)은 원형으로 형성될 수도 있지만, 비원형이라도 케이싱(100)의 내주면에 고정되는 형상이면 족할 수 있다. 물론, 메인베어링(310)이나 서브베어링(320)이 케이싱(100)의 내주면에 고정되고, 실린더(330)는 그 케이싱(100)에 고정된 베어링에 볼트로 체결될 수도 있다.
또, 실린더(330)의 중앙부에는 내주면(332)을 포함하여 압축공간(333)을 이루도록 빈 공간부가 형성된다. 이 빈공간부는 메인베어링(310)과 서브베어링(320)에 의해 밀봉되어 압축공간(333)을 형성하게 된다. 압축공간(333)에는 후술할 롤러(340)가 회전 가능하게 결합된다.
압축공간(333)을 이루는 실린더(330)의 내주면(332)은 복수 개의 원으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 그 실린더(330)의 내주면(332)과 롤러(340)의 외주면(341)이 거의 접촉되는 지점(이하, 제1 접촉점)(P1)과 실린더(330)의 중심(Oc)을 지나는 선을 제1 중심선(L1)이라고 할 때, 제1 중심선(L1)을 기준으로 한 쪽(도면으로는 상측)에는 타원 모양으로, 다른 쪽(도면으로는 하측)에는 원 모양으로 각각 형성될 수 있다.
그리고 제1 중심선(L1)에 직교하고 실린더(330)의 중심(Oc)을 지나는 선을 제2 중심선(L2)이라고 할 때, 실린더(330)의 내주면(332)은 제2 중심선(L2)을 기준으로 양측(도면으로는 좌우)이 서로 대칭되도록 형성될 수 있다. 물론, 좌우 양측이 서로 비대칭 형상으로 형성될 수도 있다.
실린더(330)의 내주면(332)에는 그 실린더(330)의 내주면(332)과 롤러(340)의 외주면(341)이 거의 접촉되는 지점을 중심으로 원주방향 양쪽에 각각 흡입구(334)와 토출구(335a,335b)가 형성된다.
흡입구(334)는 케이싱(100)을 관통하는 흡입관(120)이 직접 연결되고, 토출구(335a,335b)는 케이싱(100)의 내부공간(110)을 향해 연통되어 그 케이싱(100)에 관통 결합되는 토출관(130)과 간접적으로 연결된다. 이에 따라, 냉매는 흡입구(334)를 통해 압축공간(333)으로 직접 흡입되는 반면, 압축된 냉매는 토출구(335a,335b)를 통해 케이싱(100)의 내부공간(110)으로 토출되었다가 토출관(130)으로 배출된다. 따라서, 케이싱(100)의 내부공간(110)은 토출압을 이루는 고압상태가 유지된다.
또, 흡입구(334)에는 별도의 흡입밸브가 설치되지 않는 반면, 토출구(335a,335b)에는 그 토출구(335a,335b)를 개폐하는 토출밸브(336a,336b)가 설치된다. 토출밸브(336a,336b)는 일단이 고정되고 타단이 자유단을 이루는 리드형 밸브로 이루어질 수 있다. 하지만, 토출밸브(336a,336b)는 리드형 밸브 외에도 피스톤 밸브 등 필요에 따라 다양하게 적용될 수 있다.
또, 토출밸브(336a,336b)가 리드형 밸브로 이루어지는 경우 실린더(330)의 외주면에는 그 토출밸브(336a,336b)가 장착될 수 있도록 밸브홈(337a,337b)이 형성된다. 이에 따라, 토출구(335a,335b)의 길이가 최소한으로 줄어들어 사체적을 줄일 수 있다. 밸브홈(337a,337b)은 도 3과 같이 평평한 밸브시트면을 확보할 수 있도록 삼각형 모양으로 형성될 수 있다.
한편, 토출구(335a,335b)는 압축경로(압축진행방향)를 따라 복수 개가 형성된다. 편의상, 복수 개의 토출구(335a,335b)는 압축경로를 기준으로 상류측에 위치하는 토출구를 부 토출구(또는, 제1 토출구)(335a), 하류측에 위치하는 토출구를 주 토출구(또는, 제2 토출구)(335b)라고 한다.
하지만, 부 토출구는 반드시 필요한 필수구성은 아니고, 필요에 따라 선택적으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 본 실시예와 같이 실린더(330)의 내주면(332)이 후술하는 바와 같이 압축주기를 길게 형성하여 냉매의 과압축을 적절하게 감소시키는 경우라면 부 토출구를 형성하지 않을 수도 있다. 다만, 압축되는 냉매의 과압축량을 최소한으로 줄이기 위해서라면 종래와 같은 부 토출구(335a)를 주 토출구(335b)의 앞쪽, 즉 압축진행방향을 기준으로 주 토출구(335b)보다 상류측에 형성할 수 있다.
한편, 실린더(330)의 압축공간(333)에는 앞서 설명한 롤러(340)가 회전 가능하게 구비된다. 롤러(340)는 그 외주면이 원형으로 형성되고, 롤러(340)의 중심에는 회전축(250)이 일체로 결합된다. 이로써, 롤러(340)는 회전축(250)의 축중심과 일치하는 중심(Or)을 가지며, 그 롤러의 중심(Or)을 중심으로 하여 회전축(250)과 함께 회전을 하게 된다.
또, 롤러(340)의 중심(Or)은 실린더(330)의 중심(Oc), 즉 실린더(330)의 내부공간의 중심에 대해 편심되어 그 롤러(340)의 외주면(341) 일측이 실린더(330)의 내주면(332)과 거의 접촉된다. 여기서, 롤러(340)의 일측이 거의 접촉되는 실린더(330)의 지점을 제1 접촉점(P1)이라고 할 때, 그 제1 접촉점(P1)은 실린더(330)의 중심을 지나는 제1 중심선(L1)이 실린더(330)의 내주면(332)을 이루는 타원곡선의 단축에 해당하는 위치가 될 수 있다.
또, 롤러(340)는 그 외주면(341)에 원주방향을 따라, 적당개소에 부시홈(342)이 형성되고, 부시홈(342)마다에는 일종의 베인슬롯을 이루는 스윙부시(343)가 회전 가능하게 결합된다. 스윙부시(343)는 대략 반원형상으로 형성된 두 개의 부시가 베인(351,352,353)의 두께만큼 간격을 두고 부시홈(342)에 결합된다. 이에 따라, 스윙부시(343)에 결합된 베인(351,,352,353)은 실린더(330)의 내주면(332)을 따라 이동하면서 스윙부시(343)를 힌지점으로 하여 회전할 수 있게 된다.
여기서, 롤러(340)의 중앙부, 즉 스윙부시(343)가 결합되는 부시홈(342)과 회전축(250) 사이에는 베인(351,352,353)의 제1 배압면쪽으로 오일(또는 냉매)이 유입되도록 하여 각 베인(351,352,353)을 실린더(330)의 내주면 방향으로 가세할 수 있는 배압챔버(344)가 형성될 수 있다. 배압챔버(344)는 메인베어링(310)과 서브베어링(320)에 의해 밀봉 형성된다. 이 배압챔버(344)는 각각 독립적으로 배압유로(미도시)와 연통될 수도 있지만, 복수 개의 배압챔버(344)가 배압유로에 함께 연통되도록 형성될 수도 있다.
베인(351,352,353)은 압축진행방향을 기준으로 제1 접촉점(P1)에서 가장 근접하는 베인을 제1 베인(351)이라고 하고, 이어서 제2 베인(352), 제3 베인(353)이라고 하면, 제1 베인(351)과 제2 베인(352)의 사이, 제2 베인(352)과 제3 베인(353)의 사이, 제3 베인(353)과 제1 베인(351)의 사이는 모두 동일한 원주각만큼 이격된다.
따라서, 제1 베인(351)과 제2 베인(352)이 이루는 압축실을 제1 압축실(333a), 제2 베인(352)과 제3 베인(353)이 이루는 압축실을 제2 압축실(333b), 제3 베인(353)과 제1 베인(351)이 이루는 압축실을 제3 압축실(333c)이라고 할 때, 모든 압축실(333a,333b,333c)은 동일한 크랭크각에서 동일한 체적을 가지게 된다.
베인(351,352,353)은 대략 직육면체 형상으로 형성된다. 여기서, 베인의 길이방향 양단 중에서 실린더(330)의 내주면(332)에 접하는 면을 베인의 실링면(355a)이라고 하고, 배압챔버(344)에 대향하는 면을 제1 배압면(355b)이라고 한다.
베인(351,352,353)의 실링면(355a)은 실린더(330)의 내주면(332)과 선접촉하도록 곡면 형상으로 형성되고, 베인(351,352,353)의 제1 배압면(355b)은 배압챔버(344)에 삽입되어 배압력(Fb)을 고르게 받을 수 있도록 평면지게 형성될 수 있다.
도면중 미설명 부호인 210은 고정자, 220은 회전자이다.
상기와 같은 하이브리드 실린더가 구비된 베인 로터리 압축기는, 전동부(200)에 전원이 인가되어 그 전동부(200)의 회전자(220)와 이 회전자(220)에 결합된 회전축(250)이 회전을 하게 되면, 롤러(340)가 회전축(250)과 함께 회전을 하게 된다.
그러면, 베인(351,352,353)이 롤러(340)의 회전에 의해 발생되는 원심력(Fc)과 그 베인(351,352,353)의 제1 배압면(355b)에 형성되는 배압력(Fb)에 의해 롤러(340)로부터 인출되어, 베인(351,352,353)의 실링면(355a)이 실린더(330)의 내주면(332)에 접하게 된다.
그러면 실린더(330)의 압축공간(333)이 복수 개의 베인(351,352,353)에 의해 그 베인(351,352,353)의 개수만큼의 압축실(333a,333b,333c)을 형성하게 되고, 각각의 압축실(333a,333b,333c)은 롤러(340)의 회전을 따라 이동하면서 실린더(330)의 내주면(332) 형상과 롤러(340)의 편심에 의해 체적이 가변되며, 각각의 압축실(333a,333b,333c)에 채워지는 냉매는 롤러(340)와 베인(351,352,353)을 따라 이동하면서 냉매를 흡입, 압축하여 토출하는 일련의 과정을 반복하게 된다.
이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
즉, 제1 압축실(333a)을 기준으로 할 때, 제1 베인(351)이 흡입구(334)를 통과하고 제2 베인(352)이 흡입완료시점에 도달하기 전까지 제1 압축실(333a)의 체적은 지속적으로 증가하게 되어, 냉매가 흡입구(334)에서 제1 압축실(333a)로 지속적으로 유입된다.
다음, 제2 베인(352)이 흡입완료시점(또는, 압축개시각)에 도달하게 되면 제1 압축실(333a)은 밀봉상태가 되어 롤러(340)와 함께 토출구 방향으로 이동을 하게 된다. 이 과정에서 제1 압축실(333a)의 체적은 지속적으로 감소하게 되면서 그 제1 압축실(333a)의 냉매는 점진적으로 압축된다.
다음, 제1 베인(351)은 제1 토출구(335a)를 통과하고 제2 베인(352)은 제1 토출구(335a)에 도달하지 않은 상태가 되면, 제1 압축실(333a)은 제1 토출구(335a)와 연통되면서 그 제1 압축실(333a)의 압력에 의해 제1 토출밸브(336a)가 개방된다. 그러면 제1 압축실(333a)의 냉매 일부가 제1 토출구(335a)를 통해 케이싱(100)의 내부공간(110)으로 토출되어, 제1 압축실(333a)의 압력이 소정의 압력으로 하강하게 된다. 물론, 제1 토출구(335a)가 없는 경우에는 제1 압축실(333a)의 냉매가 토출되지 않고 주 토출구인 제2 토출구(335b)를 향해 더 이동을 하게 된다.
다음, 제1 베인(351)이 제2 토출구(335b)를 통과하고 제2 베인(352)이 토출개시각에 도달하게 되면, 제1 압축실(333a)의 압력에 의해 제2 토출밸브(336b)가 개방되면서 제1 압축실(333a)의 냉매가 제2 토출구(336b)를 통해 케이싱(100)의 내부공간(110)으로 토출된다.
상기와 같은 일련의 과정은 제2 베인(352)과 제3 베인(353) 사이의 제2 압축실(333b), 제3 베인(353)과 제1 베인(351) 사이의 제3 압축실(333c)에서도 동일하게 반복되어, 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기는 롤러(340)의 1회전 당 3회의 토출(제1 토출구에서 토출되는 것까지 포함하면 6회의 토출)이 이루어지게 된다.
이때, 베인의 실링면이 실린더의 내주면과 항상 접촉된 상태로 미끄러져 이동을 하게 되면, 그 실린더와 베인 사이의 마찰에 의한 기계적 손실(또는 마찰손실)이 크게 증가하게 될 수 있다. 하지만, 이를 감안하여 배압력을 낮추게 되면 베인의 실링면이 실린더의 내주면으로부터 이격되어 냉매누설이 발생될 수 있다. 특히 압축행정을 실시하는 과정에서는 해당 압축실의 압력이 증가하면서 베인의 실링면이 가스력을 받아 실린더로부터 밀려나게 될 수 있다. 그러면 실린더와 베인 사이가 더욱 이격되어 냉매누설이 증가될 수 있다.
따라서, 배압력을 적절하게 낮춰 실린더의 내주면과 베인의 실링면 사이로 냉매가 누설되지 않는 범위내에서 실린더와 베인이 이격된 상태로 상대운동을 하도록 함으로써 기계적 마찰손실을 줄이는 동시에, 배압력이 낮아지더라도 베인에 실질적으로 작용하는 배압력은 확보하여 냉매누설은 억제할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 본 실시예에서는 베인은 바디부의 축방향 양단에서 원주방향으로 연장되고 후술할 가이드홈에 걸려 베인돌출량이 제한되도록 하는 가이드부가 형성될 수 있다.
도 4는 도 3에 따른 베인 로터리 압축기에서 베인을 보인 사시도이고, 도 5는 도 4에 따른 베인을 보인 평면도이며, 도 6은 도 4에 따른 베인이 롤러와 베이링 사이에 조립된 상태를 보인 단면도이고, 도 7은 도 4에 따른 베인에 작용하는 힘의 관계를 보인 개략도이다. 이하에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여 제1 베인을 대표예로 살펴보고, 제2 베인과 제3 베인은 제1 베인과 동일하므로 이에 대해서는 구체적인 설명은 생략한다.
이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 제1 베인(351)은 스윙부시(343)에 삽입되어 반경방향으로 미끄러지는 바디부(355)가 대략 직육면체로 형성되고, 바디부(355)의 축방향 양단에는 대략 원호 형상으로 연장되는 가이드부(356)가 형성된다.
바디부(355)는 실린더(330)의 내주면(332)과 대응하는 실링면(355a)은 그 실린더(330)의 내주면(332)과 대응하도록 곡면지게 형성되고, 배압챔버(344)에 접하는 제1 배압면(355b)은 평면지게 형성될 수 있다. 여기서 제1 배압면(355b)은 후술할 가이드부(356)의 제2 배압면(356b)과 합하면 실링면(355a)의 면적보다 훨씬 크게 형성된다.
그리고 바디부(355)의 반경방향 길이(D1)는 후술할 가이드부(356)의 슬라이딩면(356a)에서 바디부(355)의 실링면(355a)까지의 길이로서, 제1 베인(351)이 제1 접촉점(P1)을 지나갈 때 롤러(340)에 완전히 삽입되는 반면 최대 돌출 지점을 지날 때에는 제1 베인(351)의 실링면(355a)이 실린더(330)의 내주면(332)에 접할 수 있는 길이로 형성될 수 있다.
그리고 바디부(355)의 축방향 길이(D2)는 롤러(340)의 축방향 길이와 대략 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 베인(351)이 롤러(340)로부터 인입 또는 인출될 때 바디부(355)의 축방향 양단이 메인베어링(310)의 베어링부(311)와 서브베어링(320)의 베어링부(321)에 미끄럼 접촉되면서 압축실 사이를 실링할 수 있다.
한편, 가이드부(356)(356)는 바디부(355)의 양단에서 양쪽 원주방향을 따라 연장되는 원호 형상으로 형성될 수 있다. 이로써, 가이드부(356)(356)는 가이드홈(311a)(321a)에 삽입되어 그 가이드홈(311a)(321a)에서 미끄럼운동을 하면서 바디부(355)가 반경방향으로 인출되는 것을 제한할 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 가이드부(356)(356)는 해당 스윙부시(343)를 중심으로 원주방향을 따라 한 쪽으로만 연장되어 형성될 수도 있다. 하지만, 가이드부(356)(356)가 한 쪽 방향으로만 연장 형성되는 경우에는 제1 베인(351)이 가이드부가 없는 쪽으로 틀어질 때 이를 지지하지 못하여 거동이 불안정하게 될 수 있다. 따라서, 가이드부(356)(356)는 도 4 내지 도 5와 같이 스윙부시(343)를 중심으로 양쪽 방향으로 연장 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
또, 가이드부(356)(351b)는 그 외주면이 실린더(330)의 일부 구간(접촉구간)에서는 걸림면을 이루는 가이드홈(311a)(321a)의 내주면(311b)(321b)에 각각 미끄럼 접촉되어 반경방향으로 지지되는 슬라이딩면(356a)(356a)을 형성하게 된다.
슬라이딩면(356a)(356a)은 원호 형상으로 형성되되, 그 슬라이딩면(356a)(356a)의 곡률반경(Rg1)은 가이드홈(311a)(321a)의 최소 곡률반경(Rg2)보다 작거나 같게 형성되는 것이 바람직하나, 가급적이면 슬라이딩면(356a)(356a)의 곡률반경(이하, 제1 곡률반경)(Rg1)이 가이드홈(311a)(321a)의 최소 곡률반경(이하, 제2 곡률반경)(Rg2)보다 작게 형성하는 것이 가이드부(356a)(356a)와 가이드홈(311a)(321a) 사이의 간섭을 미연에 방지할 수 있어 바람직하다.
만약, 제1 곡률반경(Rg1)이 제2 곡률반경(Rg2)보다 크게 형성되면 바디부(355)와 연결된 가이드부(356)(356)의 중앙부분이 가이드홈(311a)(321a)에 접촉하지 않고 가이드부(356)의 양단 모서리가 가이드홈(311a)(321a)에 접촉하면서 마모가 발생할 수 있다.
또, 이 경우에는 후술할 스윙부시(343)에 의해 제1 베인(351)이 회전운동을 하는 과정에서 가이드부(356)(356)의 양측 단부가 힌지점인 스윙부시(343)의 중심으로부터 멀어져 제1 베인(351)과 실린더(330) 사이의 이격거리를 적정범위로 유지하기 어려워질 수 있다. 다만, 제1 곡률반경(Rg1)이 제2 곡률반경(Rg2)보다 크게 형성되는 경우에는 가이드부(356)의 양단에서의 마모를 감안하여 그 가이드부(356)의 양단을 곡면지게 형성하는 것이 바람직하다.
또, 슬라이딩면(356a)(356a)의 곡률반경, 즉 제1 곡률반경(Rg1)은 제1 베인(351)의 실링면의 곡률반경(이하, 제3 곡률반경)(Rg3)보다 크거나 같게 형성되는 것이 바람직하나, 가급적이면 제1 곡률반경(Rg1)이 제3 곡률반경(Rg3)보다 크게 형성되는 것이 제1 베인(351)의 실링면(355a)과 실린더(330)의 내주면(332) 사이의 마모를 방지할 수 있어 바람직하다. 만약, 제1 곡률반경(Rg1)이 제3 곡률반경(Rg3)보다 작게 형성되면 제1 베인(351)이 스윙부시(343)에 의해 회전을 할 때 그 제1 베인(351)의 실링면(355a) 양측 모서리가 실린더(330)의 내주면(332)과 미끄럼 접촉되어 마모가 발생할 수 있다.
여기서, 가이드부(356)(351b)는 바디부(355)를 중심으로 하여 양쪽 방향으로 각각 연장되는 제1 가이드부(3561)와 제2 가이드부(3562)로 이루어지지만, 제1 가이드부(3561)의 원주길이(W1)와 제2 가이드부(3562)의 원주길이(W2)는 서로 상이하게 형성될 수 있다.
이 경우, 도 6과 같이 제1 가이드부의 원주길이(W1)보다는 제2 가이드부의 원주길이(W2), 즉 제1 베인(351)이 이동방향을 기준으로 할 때 전류측에 위치하는 제2 가이드부의 원주길이(W2)를 길게 형성할 수 있다. 이로써, 도 7과 같이, 압축실의 가스력(Fg)에 대해 배압력(Fb)의 작용점(P3)을 바디부(355)의 길이방향 중심선을 기준으로 할 때 가스력이 작용하는 방향으로 옮길 수 있고, 이로 인해 스윙부시(343)로 지지되는 제1 베인(351)이 가스력에 의해 틀어져 실린더와의 간극이 벌어지는 것을 방지하여 압축실 간 누설을 억제할 수 있다.
하지만, 도 8과 같이 제1 가이드부의 원주길이(W1)와 제2 가이드부의 원주길이(W2)를 동일하게 형성할 수도 있다. 도 8은 도 3에 따른 베인의 다른 실시예를 보인 평면도이다. 이 경우, 가이드부(356)(356)의 전체 원주길이가 동일한 상태에서 한 쪽 가이드부의 길이가 과도하게 길어지지 않게 되어, 그만큼 가이드홈(311a,321a)을 실린더(330)의 내주면(322) 형상에 근접하도록 형성할 수 있다. 이로 인해, 비접촉구간을 넓게 형성할 수 있어 전체적인 기계적 마찰을 줄여 마찰손실을 낮출 수 있다.
한편, 가이드홈(311a,321a)은 롤러(340)와 접하는 메인베어링(310)의 베어링부(311)와 서브베어링(320)의 베어링부(321)에 형성된다. 하지만, 앞서 설명한 바와 같이, 가이드홈(311a,321a)은 제1 베인(351)의 가이드부(356)(356)가 바디부(355)의 축방향 양단에 각각 형성되는 경우에는 메인베어링(310)과 서브베어링(320)에 각각 형성되는 반면, 제1 베인(351)의 가이드부(356)가 바디부(355) 축방향 양단 중에서 한 쪽에만 형성되는 경우에는 가이드홈 역시 메인베어링(310)과 서브베어링(320) 중에서 어느 한 쪽 베어링에만 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 가이드홈의 일례를 보인 평면도로, 메인베어링에 형성된 가이드홈을 보인 "Ⅵ-Ⅵ" 단면도이고, 도 10은 롤러의 회전에 따른 접촉구간과 비접촉구간을 설명하기 위해 보인 평면도이다. 여기서, 메인베어링의 가이드홈과 서브베어링의 가이드홈은 롤러를 사이에 두고 서로 대칭되게 형성되므로, 이하에서는 메인베어링의 가이드홈을 대표예로 살펴본다.
도 9를 참조하면, 가이드홈(311a)은 롤러(340)의 상면과 함께 베어링면을 이루는 메인베어링(310)의 베어링부(311)의 하면에 형성된다.
또, 가이드홈(311a)은 제1 중심선(L1)을 기준으로 상측은 타원 형상으로, 하측은 대략 원 형상으로 각각 형성될 수 있다. 여기서, 가이드홈(311a)은 실린더(330)의 내주면(332) 형상과 거의 대응하도록 형성되는 경우 베인(351)과 실린더(330) 사이의 비접촉구간을 최대로 형성할 수 있어 바람직하다. 하지만, 가이드홈(311a)은 베인의 개수 또는 베인에 구비되는 가이드부의 형상 등에 따라 가이드홈의 형상을 조절할 수는 있다.
또, 가이드홈(311a)은 그 형상에 따라 베인의 실링면과 실린더(330)의 내주면(332) 사이가 접촉되는 접촉구간(A1)과 이격되는 비접촉구간(A2)으로 형성될 수 있다.
여기서, 접촉구간(A1)은 압축실의 압축진행방향을 기준으로 해당 압축실이 압축을 개시하는 구간에서 토출을 개시하는 구간 중에서 적어도 일부 구간이 포함될 수 있고, 비접촉구간(A2)은 압축실의 압축진행방향을 기준으로 해당 압축실이 토출을 개시하는 구간에서 흡입을 완료하는 구간 중에서 적어도 일부 구간이 포함될 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 베인중에서 흡입구(334)를 통과한 제1 베인(351)과 그 제1 베인(351)보다 후류측에 위치하는 제2 베인(352)이 형성하는 압축실을 제1 압축실(333a)이라고 할 때, 도 10의 (a) 및 (b)와 같이 제1 압축실(333a)이 흡입행정을 진행하는 과정에서는 제1 베인(351)과 제2 베인(352)이 실린더(330)에 접촉하는 접촉구간(A1)을 형성하고, 도 10의 (c)와 같이 제1 압축실(333a)이 압축행정을 진행하는 과정에서도 제1 베인(351)과 제2 베인(352)의 실링면(355a)은 여전히 실린더(330)의 내주면(332)에 접촉되는 접촉구간(A1)을 형성할 수 있다.
그리고 도 10의 (d)와 같이 롤러(340)가 더 회전하여 제1 압축실(333a)이 제1 토출구(335a)를 지날 때에는 제1 베인(351)과 제2 베인(352) 중에서 어느 한 쪽(도면에서는 제1 베인)의 실링면이 실린더의 내주면으로부터 이격되는 대신 상대적으로 접촉면적이 작은 가이드부(356)가 가이드홈(311a)에 접촉되는 비접촉구간(A2)을 형성하게 된다.
여기서, 접촉구간과 비접촉구간은 베인의 개수, 가이드부의 길이 및 형상 등에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예와 같이 베인이 3개인 경우, 제1 중심선(L1)을 기준으로 상측 구간 중에서 압축진행방향을 기준으로 흡입구(334)의 끝단부터 제1 중심선(L1)까지는 접촉구간(A1)을 형성하도록 하는 반면, 제1 중심선(L1)을 기준으로 하측 구간 중에서 적어도 일부의 구간은 비접촉구간(A2)을 형성하도록 할 수 있다. 즉, 베인과 실린더 사이의 선속도가 가장 큰 부분이 포함되는 구간은 접촉구간(A1)으로, 베인과 실린더 사이의 선속도가 일정한 구간은 비접촉구간(A2)으로 형성할 수 있다. 하지만, 경우에 따라서는 접촉구간과 비접촉구간을 반대로 형성할 수도 있다.
또, 실린더(330)의 내주면(332) 전체 또는 상측 구간의 일부를 비접촉구간으로 형성할 수도 있다. 하지만, 상측 구간의 일부를 이루는 접촉점(P1)에서 흡입구(334)의 끝단까지의 구간은 그 흡입구(334)에 의해 자연스럽게 중간 정도의 비접촉구간이 형성되므로, 굳이 이 구간을 비접촉구간으로 형성할 필요는 없을 수 있다.
또, 가이드홈(311a)의 내부면적은 롤러(340)의 축방향 일측면(예를 들어, 상면)의 면적보다 작게 형성되어, 롤러(340)의 회전시 가이드홈(311a)(321a)이 롤러(340)의 밖으로 노출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또, 가이드홈(311a)의 내부는 배압챔버(344)와 연통되어 그 배압챔버(344)와 함께 일종의 배압공간을 형성하게 된다. 이에 따라 가이드부(356)의 제2 배압면(356b)은 가이드홈(311a)의 내부에 위치하게 되어 그 가이드홈(311a)의 내부에서 배압력(Fb)을 받게 된다.
또, 가이드홈(311a)의 내주면을 이루는 제2 슬라이딩면(311b)과 롤러(340)의 외주면 사이의 횡방향 간격(t)은 최소한의 실링거리를 확보할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명에 따른 같이 제1 중심선을 기준으로 상측 구간을 접촉구간, 하측 구간을 비접촉구간으로 구분한 경우, 배압력의 변화에 따른 롤러의 크랭크각(회전각) 대비 베인접촉력의 변화를 보인 그래프이다. 여기서, 0도와 360도는 각각 접촉점이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 베인(예를 들어, 제1 베인)(351)이 접촉점(P1)에서 흡입구(334)까지의 구간에서는 일정 정도의 베인접촉력을 유지하게 된다. 이 구간은 도 10과 같이 제1 베인(351)의 가이드부(356)가 베어링(310)(320)의 가이드홈(311a)(321a)과 이격된 상태에서 제1 베인(351)의 실링면(355a)이 실린더(330)의 내주면(332)에 접촉하는 접촉구간을 이룬다. 따라서, 이 구간에서는 제1 베인(351)의 제1 배압면(355b)과 제2 배압면(356b)이 모두 배압력을 받으면서 베인접촉력이 높아지게 된다. 하지만, 베인의 선속도가 낮은 구간이어서 베인접촉력은 크게 증가하지는 않고 일정 정도를 유지하게 된다.
이후, 제1 베인(351)이 흡입구(334)를 지나는 구간(대략 60 ~ 90°)에서는 흡입되는 냉매에 의해서 베인접촉력이 일시적으로 급격하게 하강하게 된다.
이후, 베인(351)이 흡입구(334)를 지나 본격적으로 압축실(333a)을 형성하는 구간(대략 90 ~ 120°)에서는 베인접촉력이 최대값까지 상승하게 된다. 이 구간에서는 앞서 설명한 바와 같이 제1 베인(351)의 제1 배압면(355b)과 제2 배압면(356b)이 모두 배압력을 받는 동시에, 실린더(330)의 내주면(332)이 타원의 긴반경 구간에 접어들게 되면서 실린더(330)와 베인(351) 사이의 선속도가 크게 상승하게 된다. 즉, 베인(351)이 실린더(330)의 긴반경 구간을 통과하는 구간에서는 실린더(330)와 베인(351) 사이의 선속도가 가장 큰 구간이 포함되므로 이 구간에서는 베인접촉력이 최대값까지 상승하게 된다.
이후, 제1 베인(351)이 실린더(330)의 내주면(332) 중에서 타원의 긴반경 구간 또는 긴반경 지점을 통과한 시점부터는 실린더(330)에 대한 베인접촉력 역시 가파르게 감소하게 된다. 이는, 이 구간에서도 앞서 설명한 바와 같이 제1 베인(351)의 제1 배압면(355b)과 제2 배압면(356b)이 모두 배압력을 받기는 하지만, 실린더(330)와 베인(351) 사이의 선속도가 감소하는 동시에 압축실의 압력이 상승하면서 베인에 대한 반발력이 증가하기 때문이다. 즉, 이 구간에서는 압축실의 압력이 상승하여 베인에 대한 반력이 점차 증가하므로 베인접촉력이 점차 감소하게 된다.
이후, 제1 베인(351)이 제1 중심선을 지나 제1 토출구를 지나는 지점 사이에서는 제1 베인(351)의 가이드부(356)가 메인베어링과 서브베어링의 가이드홈(311a)(321a)에 접촉하는 반면 제1 베인(351)의 실링면(355a)은 실린더(330)의 내주면(332)과 이격되는 비접촉구간에 접어들게 된다. 그러면 베인접촉력이 지속적으로 낮아져 배압력에 따라서는 베인접촉력이 제로(zero) 이하로까지 감소하게 된다.
즉, 이 구간에서는 압축실의 압력이 크게 상승하면서 베인에 대한 반발력이 크게 증가하여 베인접촉력이 지속적으로 감소하게 된다. 더군다나 배압력을 토출압 대비 0.6배 수준으로 낮추면 제1 베인(351)을 실린더 방향으로 가압하는 힘이 더욱 감소하게 되어, 결국 베인접촉력이 제로 이하로까지 감소할 수도 있게 된다. 하지만, 본 실시예와 같이 제1 베인(351)의 바디부(355) 상하 양단에 원주방향으로 연장되는 가이드부(356)를 형성하여 그 가이드부(356)에 제2 배압면(356b)을 형성하면 제1 베인(351)의 배압면이 증가하여 배압챔버(344)의 배압력이 낮아졌음에도 불구하고 제1 베인(351)은 실린더 방향으로 받는 힘이 배압면적만큼 증가하여 베인접촉력이 개선될 수 있다. 도 11을 보면 이 구간에서의 베인접촉력이 0°에 비해 종래(배압력이 토출압인 경우)의 그래프선에 접근한 것을 볼 수 있다.
따라서, 이 구간에서도 제1 베인(351)의 실링면(355a)에서는 기계적 마찰손실이 발생하지 않고, 제1 베인(351)의 가이드부(356)에서만 기계적 마찰손실이 발생하게 된다. 이때, 제1 베인(351)의 가이드부(356)가 메인베어링과 서브베어링의 가이드홈(311a)(321a)에 선접촉을 하게 되고, 그 선접촉하는 면의 길이가 제1 베인(351)의 실링면(355a)의 길이보다 작아 결국 이 구간에서의 기계적 마찰손실을 낮출 수 있게 된다. 더욱이, 비접촉구간(A2)에서는 롤러(340)의 회전중심(Or)을 기준으로 할 때 그 베인(351,352,353)의 실링면(355a)보다 짧은 거리에서 가이드부(356)가 가이드홈(311a)(321a)에 접촉됨에 따라, 선속도가 감소되어 기계적 마찰손실이 더욱 감소될 수 있다.
이러한 접촉력 감소구간은 토출개시각(대략 접촉점을 기준으로 270°되는 지점)을 통과하여 베인(351)이 제1 토출구(335a)를 지나 제2 토출구(335b)에 도달하기 전(대략 300°~ 320°사이의 지점)까지의 구간, 즉 압축실을 형성하는 구간에서 지속된다.
이후, 제1 베인(351)이 제2 토출구를 지나 제1 접촉점까지의 구간에서는 베인접촉력이 완만하게 상승하는 것을 볼 수 있다. 이는, 제1 베인(351)이 제2 토출구(335b)에 접근하면서 압축실(333a)의 압력이 상승하여 그 압축실(333a)의 압력이 베인(351)을 스윙부시(343)의 측면방향으로 밀어내게 되고, 이로 인해 제1 베인(351)이 스윙부시(343)에 밀착되면서 베인(351)이 스윙부시(343)의 후방쪽으로 빠지는 속도가 지연되고, 제1 베인(351)의 가이드부(356)를 이루는 제1 슬라이딩면(356a)이 양쪽 베어링(310)(320)의 가이드홈(311a)(321a)을 이루는 제2 슬라이딩면(311b)(321b)으로부터 이격된 상태임에서도 제1 베인(351)의 실링면(355a)이 실린더(330)의 내주면(332)에 접촉되기 시작하면서 베인접촉력이 상승하게 된다.
도 12a 및 도 12b는 각각 접촉구간과 비접촉구간에서 베인에 가해지는 배압력을 보인 개략도이다. 도 12a와 같이 접촉구간(A1)에서는 베인(351)의 제1 배압면(355b)과 제2 배압면(356b)에 배압력(Fb,Fb')이 작용하지만 베인의 가이드부(356)가 베어링(310)(320)의 가이드홈(311a)(321a)으로부터 이격됨에 따라 제1 배압면(355b)에 작용하는 배압력(Fb)이 베인(351)에 주로 전달된다. 따라서, 베인(351)의 배압면적은 증가하였지만 실질적인 배압면적은 크게 증가하지 않았고, 배압력이 토출압보다 낮은 중간압을 형성하는 경우 베인접촉력은 종래(배압력이 토출압인 경우)보다 크게 낮아질 수 있다.
반면, 도 12b와 같이 비접촉구간에서는 베인(351)의 제1 배압면(355b)과 제2 배압면(356b)에 배압력(Fb,Fb')이 작용하지만 베인(351)의 실링면(355a)이 실린더(330)의 내주면(332)으로부터 이격됨에 따라 제2 배압면(356b)에 작용하는 배압력(Fb')이 베인(351)에 주로 전달된다. 하지만, 베인의 배압면적이 증가한 만큼 배압력이 낮아진 것을 감안하면 베인에 전달되는 실질적인 배압력은 증가하게 되어 베인접촉력이 향상될 수 있다. 다만, 베인을 지지하는 면적이 가이드부 면적으로 감소됨에 따라 기계적 마찰손실은 줄일 수 있다.
이렇게 하여, 실린더와 롤러의 제1 접촉점(P1)을 기준으로 할 때, 롤러가 1회전하면서 실린더와 베인이 이루는 전체 구간 중에서 일부 구간에서는 실린더의 내주면과 베인의 실링면이 기계적으로 접촉되거나 또는 유막을 사이에 두고 접촉되는 접촉구간을 이루도록 하는 반면, 그 이외의 구간에서는 실린더의 내주면과 베인의 실링면이 냉매가 누설되지 않거나 최소화되는 실링간극을 유지하면서 기계적으로는 이격되는 비접촉구간을 이루도록 함으로써, 전체적인 실린더와 베인 사이에서 발생되는 마찰손실을 줄일 수 있어 압축기 성능이 향상될 수 있다.
또, 베인의 실링면이 실린더의 내주면에 접하지 않는 비접촉구간에서는 롤러의 회전중심을 기준으로 할 때 그 베인의 실링면보다 짧은 거리에서 가이드부가 가이드홈에 접촉됨에 따라, 베인의 실링면이 실린더의 내주면에 접촉되는 것에 비해 동일한 구간에서의 선속도가 감소될 수 있다. 이에 따라, 비접촉구간에서의 기계적 마찰손실이 더욱 감소될 수 있다.
또, 베인에 가이드부를 형성하여 그 가이드부를 포함한 전체 배압면의 면적이 확대되더라도 베인의 배압면에 가해지는 배압력을 토출압보다 낮은 중간압으로 낮춤으로써, 실제 각 베인이 받는 배압력은 낮아지거나 또는 유지되거나 또는 비접촉구간에서의 마찰손실저감에 비해 아주 적게 증가하도록 하여 접촉구간에서의 베인접촉력이 늘어나는 것을 억제할 수 있다.
한편, 가이드부는 바디부의 축방향 양단에 각각 형성될 수도 있지만, 경우에 따라서는 축방향 양단 중에서 어느 한 쪽 단부(도면에서는 메인베어링측)에만 형성될 수도 있다. 이 경우에는 가이드홈 역시 메인베어링과 서브베어링 중에서 가이드부에 대응되는 베어링에만 형성된다. 상기와 같은 경우에는 비접촉구간에서 베인을 지지하는 가이드부가 축방향 한 쪽에만 형성되어 일종의 편심력을 받게 되므로 전술한 실시예에 비해 베인의 거동이 다소 불안정하게 될 수는 있지만, 가이드부에 의한 마찰손실은 저감될 수 있다.

Claims (15)

  1. 압축실을 이루는 내주면이 타원 형상으로 형성되는 실린더;
    상기 실린더의 상하 양측에 구비되어 상기 실린더와 함께 압축실을 형성하는 제1 베어링 및 제2 베어링;
    상기 제1 베어링과 제2 베어링에 의해 지지되는 회전축에 결합되고, 상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및
    상기 롤러에 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 베인;을 포함하고,
    상기 베인은,
    상기 롤러에 삽입되는 바디부; 및
    상기 바디부의 축방향 단부에서 상기 베인의 인출방향에 대해 교차되는 방향으로 연장되고, 상기 제1 베어링과 제2 베어링중에서 적어도 어느 한 쪽 부재에 구비되는 가이드홈에 미끄러지게 삽입되어 상기 실린더의 원주방향 중에서 적어도 일부구간에서는 상기 베인이 롤러에서 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되는 것을 억제하는 가이드부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 바디부를 중심으로 원주방향을 따라 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 베인의 실링면측 외주면이 상기 가이드홈에 반경방향으로 지지되는 슬라이딩면이 형성되고,
    상기 슬라이딩면의 곡률반경은 상기 가이드홈의 최소 곡률반경보다 작거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬라이딩면의 면적은 상기 바디부가 실린더의 내주면에 접하는 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가이드부의 높이는 상기 가이드홈의 깊이보다 낮게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 바디부의 최대 돌출길이는 상기 실린더의 내주면과 상기 롤러의 외주면 사이의 최대 간격보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 실린더의 내주면에 접하는 상기 바디부의 실링면은 소정의 곡률반경을 가지는 곡면으로 형성되고,
    상기 슬라이딩면의 곡률반경은 상기 바디부의 실링면의 곡률반경보다 크거나 같게 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 내주면과 상기 가이드홈의 내주면은 각각 비원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러에는 그 롤러에 대해 회전 가능하게 스윙부시가 결합되고,
    상기 스윙부시에 상기 베인의 바디부가 미끄러지게 결합되어 상기 베인이 롤러에 인입되거나 인출되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  10. 압축실을 이루는 내주면이 타원을 포함하는 형상으로 형성되고, 그 내주면 일측에는 흡입구가 형성되며, 상기 흡입구의 일측에는 적어도 한 개 이상의 토출구가 형성되는 실린더;
    상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및
    상기 롤러에 각각 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하고,
    상기 실린더와 롤러가 가장 근접한 지점을 접촉점이라고 할 때, 상기 접촉점을 기준으로 상기 롤러가 1회전을 하는 전체 구간에는 상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 이격되는 비접촉구간이 포함되며,
    상기 비접촉구간에는 상기 실린더와 롤러 사이의 선속도가 가장 작은 구간이 포함되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전체 구간에는 상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 접촉되는 접촉구간이 포함되며,
    상기 접촉구간에는 상기 실린더와 롤러 사이의 선속도가 가장 큰 구간이 포함되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  12. 압축실을 이루는 내주면이 환형으로 형성되고, 그 내주면 일측에는 흡입구가 형성되며, 상기 흡입구의 일측에는 적어도 한 개 이상의 토출구가 형성되는 실린더;
    상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및
    상기 롤러에 각각 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하고,
    상기 복수 개의 베인중에서 상기 흡입구를 통과한 제1 베인과 그 제1 베인보다 후류측에 위치하는 제2 베인이 형성하는 압축실을 제1 압축실이라고 할 때,
    상기 제1 압축실이 토출행정을 진행하는 과정에서는 상기 제1 베인과 제2 베인 중에서 적어도 한 개의 베인이 상기 실린더에서 이격되는 비접촉구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 압축실이 압축행정을 진행하는 과정에서는 상기 제1 베인과 제2 베인이 실린더에 접촉하는 접촉구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  14. 압축실을 이루는 내주면이 환형으로 형성되고, 그 내주면 일측에는 흡입구가 형성되며, 상기 흡입구의 일측에는 적어도 한 개 이상의 토출구가 형성되는 실린더;
    상기 실린더의 내주면에 대해 편심지게 구비되어 회전하면서 상기 압축실의 체적을 가변시키는 롤러; 및
    상기 롤러에 각각 삽입되어 그 롤러와 함께 회전하고, 상기 롤러의 회전시 상기 실린더의 내주면을 향해 인출되어 상기 압축실을 복수 개의 공간으로 구획하는 복수 개의 베인;을 포함하고,
    상기 실린더의 내주면과 상기 롤러의 외주면이 가장 근접한 지점을 접촉점이라고 하며, 상기 접촉점과 상기 실린더의 중심을 지나는 선을 중심선이라고 할 때,
    상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 이격되는 비접촉구간은 상기 중심선을 기준으로 상기 토출구가 포함되는 구간에 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 실린더의 내주면과 상기 베인의 실링면이 접촉되는 접촉구간은 상기 중심선을 기준으로 상기 흡입구가 포함되는 구간에 형성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 압축기.
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