KR20190001459A - 2단 압축구조를 가지는 로터리 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더의 압축공간에 흡입되는 냉매를 동축으로 연결된 2개의 압축실에서 압축시킨 후 이를 토출하는 2단 압축구조를 가지는 로터리 압축기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는 단일 회전축 상에 제1 압축부와 제2 압축부를 구성하고, 제 1압축부에서 토출되는 중간압 냉매가 제2 압축부로 유입되도록 하며, 제1 압축부의 최대 가스 력과, 제2 압축부의 최대 가스력이 서로 상쇄될 수 있도록 함으로써 회전축의 저널에 인가되는 반력을 감소시킬 수 있는 구조를 제공한다.
그리고, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 흡입 유량을 확보함과 동시에 압축 주기를 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

2단 압축구조를 가지는 로터리 압축기{2 STAGE ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 실린더의 압축공간에 흡입되는 냉매를 동축으로 연결된 2개의 압축실에서 압축시킨 후 이를 토출하는 2단 압축구조를 가지는 로터리 압축기에 관한 것이다.
압축기는 냉장고나 에어컨과 같은 증기압축식 냉동사이클에 적용되는 것으로, 압축기는 냉매를 압축실로 흡입하는 방식에 따라 간접 흡입 방식과 직접 흡입 방식으로 구분될 수 있다.
간접 흡입 방식은 냉동사이클을 순환하는 냉매가 압축기의 케이스 내부공간으로 유입된 후 압축실로 흡입되는 방식이고, 직접 흡입 방식은 냉매가 직접 압축실로 흡입되는 방식이다. 간접 흡입 방식은 저압식 압축기로, 직접 흡입 방식은 고압식 압축기로 칭하기도 한다.
저압식 압축기는 냉매가 압축기의 케이스 내부공간으로 먼저 유입됨에 따라 액체상태 냉매나 오일이 압축기 케이스의 내부공간에서 걸러지므로 별도의 어큐뮬레이터가 필요치 않다. 이에 반해, 고압식 압축기는 압축실로 액체상태 냉매나 오일이 압축실로 유입되는 것을 방지하기 위해 통상적으로 어큐뮬레이터가 압축실보다 상류측(흡입측)에 구비된다.
또한, 압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 회전식과 왕복동식으로 구분할 수도 있다.
회전식 압축기는 롤링피스톤 실린더에서 회전운동이나 선회운동을 하면서 압축공간의 체적을 가변시키는 방식이고, 왕복동식 압축기는 피스톤이 실린더에서 왕복 운동을 하면서 압축공간의 체적을 가변시키는 방식이다.
회전식 압축기로는, 구동부의 회전력을 이용하여 냉매를 압축하는 로터리 압축기가 있다.
최근에는 로터리 압축기를 점차 소형화하면서, 그 효율을 향상시키는 것에 개발 초점이 맞추어지고 있다. 또한, 소형화된 로터리 압축기의 운전속도 가변 범위를 증대시킴으로써 더 큰 냉난방 능력을 얻기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
로터리 압축기는 외관을 형성하는 케이스의 내부에 구동수단과 압축유닛을 포함하여, 흡입된 냉매를 압축한 후 토출하는 구조를 가진다. 구동수단은 회전축을 중심으로 회전자와 고정자 순으로 이루어지며, 고정자에 전원이 인가되면 회전자는 고정자의 내부에서 회전하면서 회전축을 회전시키게 된다.
압축유닛은 압축공간을 형성하는 실린더, 회전축에 결합되는 롤링피스톤(이하, 롤러로 약칭한다.) 및 압축공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 베인으로 이루어진다.
실린더의 내부에는, 회전축을 중심으로 회전하며 베인과 함께 복수의 압축 공간을 형성하는 롤러가 설치된다. 롤러는 회전축과 동심 회전운동을 하게 된다.
롤러의 외주면에는 방사상으로 다수의 베인슬롯이 설치되고, 각 베인은 베인슬롯으로부터 슬라이딩되어 돌출된다.
각 베인은 후단부에서 형성되는 오일의 배압력과 롤러의 회전에 의한 원심력에 의해 베인슬롯으로부터 돌출되어 실린더의 내주면과 밀착됨으로써 실린더의 내부 공간에서 수용된 냉매를 압축할 수 있게 된다.
즉, 흡입실로 유입되는 냉매는 실린더의 내주면을 따라 이동하는 베인에 의해 일정한 압력까지 압축된 후, 토출배관을 거쳐 냉동사이클의 후단으로 배출된다.
이러한 로터리 압축기는 실린더의 형상에 의해 체적의 변화를 나타내는 체적선도가 달라지고, 베인의 개수에 의해 흡입과 압축주기의 합이 달라지는 특성을 가진다.
베인의 개수를 증가시키면 흡입과 압축주기는 감소하나 행정체적이 증가하고, 반대로 베인의 개수를 증가시키면 흡입과 압축주기는 증가하나 행정체적이 감소하는 특성을 가진다.
또한, 토출 부근에서 축 방향 최대 가스력이 위치하고, 최대 가스력은 1회전당 베인 개수만큼 발생한다.
따라서, 베인 개수를 증가시키는 경우 행정체적은 증가하나 흡입과 압축주기가 감소하여 과압축이 유발되고, 베인 개수 증가로 인한 기계적 손실(마찰손실)이 증가하는 문제점을 가진다.
또한, 로터리 압축기는 축 방향 최대 가스력의 위치가 동일하고, 축 방향 최대 가스력이 1회전당 베인 개수만큼 발생하게 되므로 내구성의 확보가 어려운 한계를 가지고 있었다.
본 발명의 목적은 흡입 유량을 확보하고, 압축 주기를 증가시킬 수 있는 로터리 압축기를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 로터리 압축기의 회전축에 작용하는 가스력을 상쇄시켜 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는 단일 회전축 상에 제1 압축부와 제2 압축부를 구성하고, 제 1압축부에서 토출되는 중간압 냉매가 제2 압축부로 유입되도록 하는 구조를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는 제1 압축부의 최대 가스 력과, 제2 압축부의 최대 가스력이 서로 상쇄될 수 있도록 함으로써 회전축의 저널에 인가되는 반력을 감소시킬 수 있는 구조를 제공한다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는 제1 압축부가 제2 압축부보다 많은 개수의 베인을 구비하도록 함으로써, 제1 압축부에서 흡입 유량을 확보하고, 제2 압축부에서는 압축 주기를 증가시킬 수 있는 구조를 제공한다.
본 발명에 따른 로터리 압축기는 압축부를 2단으로 구성하고, 제1 압축부에서는 흡입 유량을 확보하고, 제 2압축부에서는 압축주기를 증가시킴으로써, 로터리 압축기의 성능을 향상할 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 제1 압축부의 최대 가스력과 제2 압축부의 최대 가스력이 서로 상쇄될 수 있도록 함으로써, 회전축에 작용하는 반발력을 감소시킴으로써 제품의 신뢰성을 향상할 수 있는 효과를 가져온다.
도 1은 일반적인 로터리 압축기의 내부 구성을 나타내 단면도이다.
도 2는, 도 1의 로터리 압축기의 내부 모습을 확대한 도면이다.
도 3은 도 1의 로터리 압축기의 압축유닛의 구조를 나타내는 평면도이다.
도 4는 베인의 개수에 따른 체적 선도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2단 압축구조를 가지는 로터리 압축기를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 평면구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제1 압축부의 평면 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제2 압축부의 평면 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제1 압축부와 제2 압축부의 평면 구조를 중첩하여 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 일반적인 로터리 압축기의 구조와 동작 원리에 관하여 살펴본다.
도 1은 로터리 압축기의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
로터리 압축기(100)는, 케이스(110), 구동수단(120) 및 압축유닛(130)을 포함한다.
케이스(110)는 외관을 형성하는 것으로, 일 방향을 따라 연장되는 원통형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 회전축(123)의 연장 방향을 따라 형성될 수 있다.
케이스(110)의 내부에는 흡입된 냉매가 압축된 후 토출되도록, 압축공간(V1, V2)을 형성하는 실린더(133)가 설치된다.
케이스(110)는 상부쉘(110a), 중간쉘(110b) 및 하부쉘(110c)로 이루어진다. 중간쉘(110b)의 내측면에는 구동수단(120)와 압축유닛(130)이 고정 설치될 수 있으며, 중간쉘(110b)의 상부와 하부에는 각각 상부쉘(110a) 및 하부쉘(110c)이 위치되어 내부에 위치되는 구성 요소들의 외부 노출을 제한하게 된다.
압축유닛(130)은 냉매를 압축하여 토출시키는 역할을 하는 것으로, 롤러(134), 베인(135), 실린더(133), 메인베어링(131) 및 서브베어링(132)을 포함한다.
구동수단(120)은 압축유닛(130)의 상부에 위치되고, 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공 역할을 한다. 구동수단(120)은 고정자(121), 회전자(122) 및 회전축(123)을 포함한다.
고정자(121)는 케이스(110)의 내부에 고정되도록 설치되며, 원통형 케이스(110)의 내주면에 열박음의 방법으로 장착될 수 있을 것이다. 또한, 고정자(121)는 중간쉘(110b)의 내주면에 고정 설치되도록 위치될 수 있다.
회전자(122)는 고정자(121)와 이격 배치되며, 고정자(121)의 내측에 배치될 수 있다. 고정자(121)에 전원이 인가되면, 고정자(121)와 회전자(122)의 사이에 형성된 자기장에 따라 발생하는 힘에 의해 회전자(122)가 회전되며, 회전자(122)의 중심을 관통하는 회전축(123)에 회전력을 전달하게 된다.
중간쉘(110b)의 일 측에는 흡입포트(133a)가 설치되고, 상부쉘(110a)의 일 측에는 토출배관(114)이 설치되어, 케이스(110)의 내부로부터 냉매의 유출이 가능하게 된다.
흡입포트(133a)는 냉동사이클을 형성하는 증발기(미도시)로부터 흡입배관(113)과 케이스(110)를 연통시키고, 토출구(미도시)는 응축기(미도시)로부터 토출배관(114)과 케이스(110)를 연통시키게 된다.
케이스(110)의 내부에 설치되는 압축유닛(130)은, 흡입된 냉매를 압축시킨 후 토출하게 된다. 냉매의 흡입과 토출은 압축공간(V1, V2)을 형성하는 실린더(133)의 내부에서 이루어지게 된다.
도 2는, 도 1의 로터리 압축기(100)의 내부 모습을 확대한 도면이고, 도 3은, 압축유닛(130)의 모습을 나타내는 평면도이다.
실린더(133)의 내부에는 회전축(123)을 중심으로 회전하며, 실린더(133)의 내주면과 접하면서 압축공간(V1, V2)을 형성하는 롤러(134)가 설치된다. 롤러(134)는 회전축(123)과 일체로 회전한다. 이 때, 롤러(134)는 실린더(133)의 내주면 사이에 하나의 접촉점(P)을 형성하며 회전하게 된다.
롤러(134)는 일 측이 실린더(133)의 내주면에 접하도록, 실린더(133)의 내부에 위치되고, 회전축(123)과 함께 회전하여 실린더(133)의 내부에 압축공간(V1, V2)을 형성하게 된다.
롤러(134)는 복수개의 베인(135)이 인입출 가능하게 결합되는 복수개의 베인 슬롯을 구비한다. 베인(135)은 압축공간(V1, V2)으로 돌출되며, 실린더(133)의 내주면과 접해 실린더(133) 내부의 압축공간(V1, V2)을 각각 흡입실(V1)과 압축실(V2)로 구획하게 된다. 각 베인(135)은 롤러(134)의 내부에 위치되며 서로 대칭되도록 위치될 수 있다.
회전축(123)이 회전함에 따라, 각 베인(135)은 롤러(134)와 함께 회전하면서 실린더(133)의 내주면에 접하면서 이동하며, 실린더(133) 중심부에 형성되는 공간부와 롤러(134)의 사이에는 압축공간이 형성된다.
베인(135)의 이동에 의해 흡입포트(133a)로부터 유입되는 냉매는 압축된 후, 토출포트(133b)를 따라 이동하며, 메인베어링(131) 또는 서브베어링(132)에 형성되는 토출홀(140) 따라 토출되게 된다.
다만, 실린더(133)와 롤러(134)간의 접촉점(P)은 동일한 위치로 유지되고, 베인(135)의 전단부는 실린더(133)의 내주면을 따라 이동하므로, 압축공간(V1, V2)에 형성되는 압력은 베인(135)의 이동에 따라 연속된 압축되는 메커니즘을 가진다.
도면에서 실선 화살표는 로터리 압축기(100)의 동작시 축방향 최대 가스력의 위치를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 축방향 최대 가스력은 토출구에 근접한 부분에 발생하게 되며, 항상 일정한 위치가 된다.
또한, 최대 가스력은 롤러 1회전당 베인의 개수만큼 발생하게 된다. 도시한 실시예의 경우 3개의 베인이 구비된 것으로, 롤러 1회전당 축방향 최대 가스력이 3회 발생하게 된다.
도면에서 점선 화살표는 최대 가스력 발생시의 회전축의 저널부에 발생하는 최대 반력을 나타낸 것이다. 축방향 최대 가스력이 일정한 위치에서 발생하게 되므로 저널부에서 발생하는 최대 반력도 항상 일정한 위치가 된다. 이러한 구조는 저널부의 기계적 손실을 유발하여 제품의 내구성 저하를 일으킨다.
본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 하나의 회전축에 2개의 압축부를 배치하되, 각각의 압축부에서 발생하는 최대 가스력이 서로 상쇄될 수 있도록 함으로써, 저널부의 기계적 손실을 감소시킬 수 있는 구조를 제공한다.
다음으로, 베인의 개수에 로터리 압축기의 동작 특성 변화에 관하여 살펴본다.
도 4는 베인의 개수에 따른 체적 선도를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 베인의 개수가 증가하면 체적비가 증가하게 된다. 그런데 베인의 개수가 증가하면 그만큼 마찰면적이 커져서 마찰에의 한 기계적 손실이 증가하게 된다.
표 1은 베인의 개수 3개인 것과, 베인의 개수가 5개인 경우의 흡입 주기, 압축 주기 및 행정 체적을 나타낸 표이다.
베인 개수 흡입주기 압축주기 흡입,압축주기 행정체적
3 184° 296° 480° 100%
5 145° 287° 432° 118%
표 1을 살펴보면, 베인의 개수가 증가하면 흡입 주기와 압축주기가 감소하고, 행정 체적이 증가하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2단 압축구조를 가지는 로터리 압축기를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이, 본 발명 실시예에 따른 로터리 압축기는 케이스(110), 구동수단(120)과, 회전축(123)과, 제1 압축부(210)와, 제2 압축부(220)를 포함한다.
본 발명에 따른 로터리 압축기는 단일 회전축에 의하여 제1 압축부(210)와, 제2 압축부(220)가 동작하도록 구성된다.
케이스(110)와 구동수단(120)은 앞서 설명한 일반적인 압축기와 동일하므로, 이들에 관한 중복 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기(200)의 제1 압축부(210)는 냉동사이클의 상류측에서 유입되는 냉매를 흡입하고, 제2 압축부(220)는 제1 압축부(210)에서 압축되어 토출된 냉매(이하, 중간압 냉매)를 흡입하여 토출한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 베인의 개수가 변화함에 따라 행정체적과 흡입 압축주기가 변화하게 되는데, 행정체적의 증가와 압축주기의 증가를 동시에 만족할 수 없다.
본 발명에 따른 로터리 압축기는 제1 압축부(210)에서 토출된 중간압 냉매를 제2 압축부(220)로 유입한 후, 제2 압축부(220)에서 토출된 고압 냉매를 냉동사이클 시스템으로 공급하는 구조이다.
따라서, 제1 압축부(210)의 경우 행정체적을 확보할 수 있도록 베인의 개수를 설정하고, 제2 압축부(220)의 경우 압축주기를 확보할 수 있도록 베인의 개수를 설정하여 로터리 압축기에서 요구되는 행정체적과 압축주기를 모두 향상할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 로터리 압축기(200)는 제1 압축부(210)와 제2 압축부(220)가 동일한 회전축 상에 연결되므로, 제1 압축부(210)에서 발생하는 최대 가스력과 제2 압축부(220)에서 발생하는 최대 가스력이 서로 상쇄될 수 있도록 함으로써, 회전축을 지지하는 저널부에 인가되는 반력을 감소킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제1 압축부와 제2 압축부를 나타낸 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제1 압축부(210)는 제1 실린더(212)와 제1 롤러(214)와, 복수개의 베인(216)과, 서브베어링(213)과, 중간 격판(230)을 포함한다.
제1 실린더(212)는 중앙에 편심된 형상의 냉매 수용공간을 형성한다. 제1 실린더(212)의 냉매 수용공간의 하는 서브베어링(213)으로 밀폐되고, 냉매 수용공간의 상부는 중간 격판(230)으로 밀폐된다.
상기 제1 롤러(214)는 상기 냉매 수용공간에 배치되어 회전축과 일체로 회전한다, 상기 제1 롤러(214)는 복수개의 베인 슬롯(215)을 구비한다.
상기 베인(216)은 상기 제1 롤러(214)의 베인 슬롯(215)에 결합되어, 제1 롤러(214)의 회전시에 발생하는 원심력과 상기 베인 슬롯(215)에 인가되는 배압에 의하여 돌출되어 상기 실린더의 내주면에 접한다.
상기 제1 실린더(212)는 냉동사이클의 상류측에 유입되는 저압의 냉매를 압축실로 흡입하기 위한 흡입구(212a)를 구비한다.
상기 제1 압축부(210)에서 압축되어 토출되는 중간압 냉매는 후술하는 제2 압축부(220)로 유입된다. 이를 위하여 상기 중간 격판(230)은 중간압 유로(232)를 구비한다.
중간 격판(230)의 저면에 형성되는 중간압 유로(232)의 입구(232a)는 제1 압축부(210)의 냉매 토출구가 된다. 중간 격판(230)의 상면에 형성되는 중간압 유로(232)의 출구(232b)는 제2 압축부(220)의 냉매 흡입구가 된다.
제2 압축부(220)는 제2 실린더(222)와 제2 롤러(224)와, 복수개의 베인(226)과, 메인베어링(223)과, 중간 격판(230)을 포함한다.
제2 실린더(222)는 편심된 형태의 냉매 수용공간을 형성한다. 제2 실린더(222)의 냉매 수용공간의 하부는 중간 격판(230)으로 밀폐되고, 냉매 수용공간의 상부는 메인베어링(223)으로 밀폐된다.
상기 제2 롤러(224)는 상기 냉매 수용공간에 배치되어 회전축과 일체로 회전한다, 상기 제2 롤러(224)는 복수개의 베인 슬롯(225)을 구비한다.
상기 베인(226)은 상기 제2 롤러(224)의 베인 슬롯(225)에 결합되어, 제2 롤러(224)의 회전시에 발생하는 원심력과 상기 베인 슬롯(225)에 인가되는 배압에 의하여 돌출되어 상기 실린더의 내주면에 접한다.
상기 제2 롤러(224)의 베인 슬롯(225)에 상기 중간압 냉매가 배압으로 작용하도록 할 수 있다. 이를 위하여 상기 중간 격판(230)에 배압 유로(234)를 구비할 수 있다. 상기 배압 유로(234)는 상기 제1 압축부(210)의 토출구와 제2 롤러(224)의 베인 슬롯(225)을 연결하는 역할을 수행한다. 이 때, 상기 배압 유로(234)는 상기 중간압 유로(232)와 일부 경로를 공유하며, 상기 중간압 유로(232)에서 분기되는 형태가 될 수 있다. 물론, 상기 중간압 유로(232)와는 분리된 독립된 경로를 가질 수도 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는 제1 압축부의 최대 가스반력과, 제 2압축부의 최대 가스반력이 서로 상쇄될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
제1 압축부의 최대 가스력과, 제2 압축부의 최대 가스력이 회전축의 서로 반대 방향에서 작용하도록 함으로써, 저널부에 인가되는 반력을 감소시키기 위한 것이다.
제1 압축부의 최대 가스력과 제2 압축부의 최대 가스력이 180도의 위상차를 가지게 되면, 상쇄 효과가 최대가 된다.
이를 위하여, 제1 압축부(210)의 흡기구와 상기 제2 압축부(220)의 흡기구는 150도 내지 210도의 위상차를 가질 수 있다. 흡기구의 위치는 결국 최대 가스력의 위치와 관련되기 때문이다.
한편, 제1 압축부(210)는 행정 체적의 증가를 위하여, 상대적으로 많은 개수의 베인을 구비하는 것이 바람직하고, 제2 압축부(220)는 압축 주기 증가를 위하여 상대적으로 적은 개수의 베인을 구비하는 것이 바람직하다.
다시말해, 제2 압축부(220)의 베인 개수가 N+1개(N은 자연수)인 경우라면, 제1 압축부(210)의 베인 개수는 N+2 이상개인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기는 회전축과 제1 롤러 또는 제2 롤러가 일체로 가공되고, 나머지 롤러는 회전축에 결합되는 구조가 될 수 있다.
이 때, 중간 격판(230)은 복수개로 분리되어 제1 롤러와 제2 롤러의 사이에 조립될 수 있다. 이러한 구조를 통하여 제1 압축부와 제2 압축부의 조립성을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제1 압축부의 평면 구조를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제2 압축부의 평면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제1 압축부(210)는 저압 냉매를 흡입하여 중간압으로 가압한 후 토출하는 역할을 수행한다.
제 1압축부(210)는 행정 체적의 증가를 위하여, 상대적으로 많은 개수의 베인을 구비하는 것이 바람직하다. 도시한 실시예의 경우 제1 압축부(210)가 5개의 베인(216)을 구비한 형태이다. 앞서 표 4에서 살펴본 바와 같이 베인의 개수가 5개인 경우 행정 체적이 118% 수준으로 흡입 유량 확보에 유리하다.
제1 압축부(210)에서 압축된 냉매는 중간압 유로 입구로 토출되어 제2 압축부(220)로 공급된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제2 압축부(220)는 중간압 냉매를 흡입하여 고압으로 가압한 후 토출하는 역할을 수행한다.
제 2압축부(220)는 압축주기의 증가를 위하여, 상대적으로 적은 개수의 베인을 구비하는 것이 바람직하다. 도시한 실시예의 경우 제2 압축부(220)가 3개의 베인(226)을 구비한 형태이다. 앞서 표 4에서 살펴본 바와 같이 베인의 개수가 3개인 경우 압축주기가 296도 수준으로 지시손실을 감소시키는 효과를 가져온다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기의 제1 압축부와 제2 압축부의 평면 구조를 중첩하여 나타낸 도면이다.
제1 압축부(210)와 제2 압축부(220)의 구분을 명확하게 하기 위하여, 제1 압축부(210)는 점선으로 표시하고, 제2 압축부(220)는 실선으로 표시하였다.
도 9를 참조하면, 제1 실린더(212)와 제2 실린더(222)는 롤러(214,224)와의 접촉점이 회전축의 중심에 대하여 서로 반대편에 배치된 것을 알 수 있다. 제1 압축부의 제1 롤러(214)와 제2 압축부의 제2 롤러(224)는 동심축이므로, 이를 위해서는 제1 실린더(212)의 냉매 수용공간 형상과, 제2 실린더(222)의 냉매 수용공간 형상이 약 180도(150도 내지 210도)의 위상차를 가지도록 형성되어야 한다.
이는 제1 압축부(210)의 최대 가스력과 제2 압축부(220)의 최대 가스력이 회전축에 대하여 서로 반대 방향으로 작용하도록 함으로써, 회전축을 지지하는 저널부에 인가되는 하중을 감소시키기 위한 것이다.
도면에서 제1 압축부의 최대 가스 반력은 도면의 좌측에서 우측방향으로 발생되고, 제2 압축부의 최대 가스 반력은 도면의 우측에서 좌측 방향으로 발생된다. 따라서, 제1 압축부의 최대 가스 반력과 제2 압축부의 최대 가스 반력이 서로 상쇄되므로 회전축을 지지하는 저널에 인가되는 반력이 감소된다.
살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 압축부를 2단으로 구성하여, 제1 압축부에서는 저압의 냉매를 중간압으로 압축하고, 제2 압축부에서는 중간압 냉매를 고압을 압축하는 구조를 제공한다.
또한, 제1 압축부는 행정 체적의 확보를 위하여 상대적으로 많은 개수의 베인을 구비하고, 제 2 압축부는 지시손실을 감소시키기 위하여 상대적으로 적은 개수의 베인을 구비하는 것이 바람직하다.
따라서, 단일의 로터리 압축기에서 행정 체적 확보와 압축 주기 증가를 독립적으로 설계할 수 있는 효과를 가져온다.
V1, V2: 압축공간
100: 로터리 압축기 110a: 상부쉘
110b: 중간쉘 110c: 하부쉘
110: 케이스 113: 흡입배관
114: 토출배관 120: 구동모터
121: 고정자 122: 회전자
123: 회전축 130: 압축유닛
131: 메인베어링 132: 서브베어링
133: 실린더 133b: 토출포트
133a: 흡입포트 134: 롤러
135: 베인
200: 로터리 압축기 210: 제1 압축부
212a: 흡입구 212: 제1 실린더
212b: 토출구 214: 제1 롤러
215: 베인 슬롯 216: 베인
220: 제2 압축부 222b: 토출구
222a: 유입구 222: 제2 실린더
224: 제2 롤러 225: 베인 슬롯
226: 상기 베인 230: 중간 격판
232: 중간압 유로 234: 배압 유로

Claims (11)

  1. 회전력을 발생시키는 구동수단;
    상기 구동수단에 결합되어 회전력을 전달하는 회전축;
    상기 회전축이 관통하며 냉매 수용공간을 형성하는 실린더와, 상기 냉매 수용공간에서 상기 회전축과 일체로 회전하는 롤러와, 상기 롤러에 인입출 가능하게 삽입되어 상기 롤러의 회전에 의하여 돌출되어 상기 실린더의 내부면과 접하면서 압축공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 복수의 베인을 포함하는 제1 압축부; 및
    상기 회전축이 관통하며 냉매 수용공간을 형성하는 실린더와, 상기 냉매 수용공간에서 상기 회전축과 일체로 회전하는 롤러와, 상기 롤러에 인입출 가능하게 삽입되어 상기 롤러의 회전에 의하여 돌출되어 상기 실린더의 내부면과 접하면서 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 복수의 베인을 포함하는 제2 압축부;를 포함하는
    로터리 압축기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 압축부는
    상기 제1 압축부에서 압축되어 토출된 냉매를 흡입하는
    로터리 압축기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 압축부에 압축되어 토출된 냉매가 상기 제2 압축부의 베인을 밀어내는 배압으로 공급되는
    로터리 압축기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 압축부의 흡입위치와 상기 제2 압축부의 흡입위치는 120도 내지 240도의 위상차를 가지는
    로터리 압축기.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 압축부의 베인 개수가 상기 제2 압축부의 베인 개수보다 많은
    로터리 압축기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 압축부의 롤러 또는 상기 제2 압축부의 롤러는 상기 회전축과 일체인
    로터리 압축기.
  7. 회전력을 발생시키는 구동수단;
    상기 구동수단에 결합되어 회전력을 전달하는 회전축;
    상기 회전축이 관통하며 냉매 수용공간을 형성하는 제1 실린더와, 상기 냉매 수용공간에서 상기 회전축과 일체로 회전하는 제1 롤러와, 상기 제1 롤러에 형성된 베인슬롯에 삽입되어 상기 롤러의 회전에 의하여 돌출되어 상기 실린더의 내부면과 접하면서 압축공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 N+2(N은 자연수)이상 개의 베인을 포함하는 제1 압축부; 및
    상기 회전축이 관통하며 냉매 수용공간을 형성하는 제2 실린더와, 상기 냉매 수용공간에서 상기 회전축과 일체로 회전하는 제2 롤러와, 상기 제2 롤러에 형성된 베인슬롯에 삽입되어 상기 롤러의 회전에 의하여 돌출되어 상기 실린더의 내부면과 접하면서 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 구획하는 N+1(N은 자연수)개의 베인을 포함하는 제2 압축부; 및
    로터리 압축기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 압축부와 상기 제2 압축부를 구획하는 중간 격판을 포함하며,
    상기 중간 격판은 상기 제1 압축부에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 압축부의 흡입구로 연결하는 중간압 유로를 구비하는
    로터리 압축기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 중간 격판은 상기 제1 압축부에서 압축되어 토출된 냉매를 상기 제2 롤러에 형성된 베인슬롯으로 연결하는 배압 유로를 구비하는
    로터리 압축기.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 압축부의 최대가스력 작용 위치와 상기 제2 압축부의 최대가스력 작용 위치는 120도 내지 240도의 위상차를 가지는
    로터리 압축기.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 롤러 또는 상기 제2 롤러는 상기 회전축과 일체로 가공된
    로터리 압축기.
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