KR20190084514A - 로터리 압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이패스홈을 이용하여 냉매가 과압축될 때 발생하는 손실을 감소시킬 수 있는 로터 압축기에 관한 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 실린더 및 실린더 내부에 설치되는 롤러와 밀착되는 제1,2 블록의 밀착면에 실린더 및 롤러에 의해 형성되는 압축실과 오버랩되는 위치에 개구부가 구비되는 바이패스홈을 포함하는 로터리 압축기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 압축과정 중에서 실린더 내부공간의 일시적 부피증가 효과를 부여할 수 있다.

Description

로터리 압축기{Rotary Compressor}

본 발명은 바이패스홈을 이용하여 냉매가 과압축될 때 발생하는 손실을 감소시킬 수 있는 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 간접 흡입 방식과 달리 냉매가 직접 압축실로 흡입되는 방식이다. 간접 흡입 방식은 저압식 압축기로, 직접 흡입 방식은 고압식 압축기로 지칭될 수 있다.

저압식 압축기는 냉매가 압축기의 케이스 내부공간으로 먼저 유입됨에 따라 액냉매나 오일이 압축기 케이스의 내부공간에서 걸러지므로 별도의 어큐뮬레이터가 구비되지 않는다. 이에 반해, 고압식 압축기는 압축실로 액냉매나 오일이 유입되는 것을 방지하기 위해 통상적으로 어큐뮬레이터가 압축실보다 흡입측에 구비되어 있게 된다.

압축기는 냉매를 압축하는 방식에 따라 회전식과 왕복동식으로 구분할 수 있다.

회전식 압축기는 롤링피스톤(이하 롤러라 한다.) 실린더에서 회전이나 선회운동을 하면서 압축실의 체적을 가변시키는 방식이고, 왕복동식 압축기는 롤링피스톤이 실린더에서 왕복 운동을 하면서 압축실의 체적을 가변시키는 방식이다.

회전식 압축기로는, 전동부의 회전력을 이용하여 냉매를 압축하는 로터리 압축기가 있다.

최근에는 로터리 압축기를 점차 소형화하면서, 그 효율을 높이는 것이 주된 기술 개발의 목표가 되고 있다. 또한, 소형화된 로터리 압축기의 운전속도 가변 범위를 증대시킴으로써 더 큰 냉방 능력(Cooling Capacity)을 얻기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

로터리 압축기는 외관을 형성하는 케이스의 내부에 구동모터 및 압축유닛이 포함되며 흡입된 냉매가 압축된 후 토출될 수 있다. 구동모터는 회전축을 중심으로 회전자와 고정자 순으로 이루어지며, 고정자에 전원이 인가되면 회전자는 고정자의 내부에서 회전하면서 회전축을 회전시키게 된다.

압축유닛은 압축실을 형성하는 실린더, 회전축에 결합되는 롤링피스톤(이하, 롤러) 및 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인으로 이루어진다.

실린더의 내부에는, 회전축을 중심으로 회전하며 베인과 함께 복수개의 압축 공간을 형성하는 롤러가 설치된다. 롤러는 회전축과 동심 회전운동을 하게 된다.

롤러의 외주면에는 방사상으로 다수의 베인슬롯이 설치되고, 각 베인은 베인슬롯으로부터 슬라이딩되어 돌출된다. 각 베인은, 후단부에 형성되는 오일의 배압력과 롤러의 회전에 의한 원심력에 의해, 베인슬롯으로부터 돌출되어 실린더의 내주면과 밀착됨으로써 실린더의 내부공간에서 수용된 냉매를 압축할 수 있게 된다.

실린더 내부공간은 베인슬롯으로부터 돌출되어 실린더의 내주면과 밀착된 베인에 의해 구획될 수 있다. 실린더 내부 공간에 수용된 냉매를 압축하는 과정에서 베인에 의해 구획된 실린더 내부공간에 과도한 압력이 발생하거나, 베인에 의해 구획된 실린더 내부공간 사이에 과도한 압력차이가 발생될 수 있다.

실린더 내부공간에 과도한 압력이 발생되는 경우 롤러의 회전을 방해할 수 있기 때문에 압축기의 성능을 저하시키게 되고, 베인에 의해 구획된 실린더 내부공간 사이에 발생되는 과도한 압력차이는 베인에 무리한 하중을 가할 수 있어 압축기의 신뢰도에 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 실린더 내부공간에 수용된 냉매가 압축되는 과정에서 베인에 의해 구획되는 실린더 내부공간 사이에서 발생되는 압력 차이를 완화하여 압축기의 성능 또는 신뢰도를 개선하는 방안이 요구된다.

본 발명의 목적은, 압축과정 중에서 베인에 의해 구획되는 실린더 내부공간 사이에 발생되는 압력차이를 감소시키기 위함이다.

본 발명의 목적은, 압축과정 중에서 베인에 의해 구획되는 실린더 내부공간에서 발생되는 재압축을 완화시키기 위함이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 환형으로 마련되어 내부에 수용공간을 형성하고, 상기 수용공간이 외부로 연통될 수 있도록 반경 방향으로 흡입포트와 토출포트가 각각 형성되는 실린더; 상기 실린더의 일측면과 타측면에 각각 밀착 설치되는 제1,2 블록; 상기 실린더의 내부에서 일 측이 상기 실린더의 내주면에 접한 상태로 회전하는 롤러; 상기 실린더, 상기 제1,2 블록 및 상기 롤러에 의해 규정되는 압축실; 상기 롤러의 외주면에서 내측으로 형성된 베인슬롯에 삽입 설치되고, 상기 베인슬롯에 인가되는 배압력에 의하여 돌출되어 상기 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인; 및 상기 제1 블록 또는 상기 제2 블록의 상기 실린더와 밀착되는 측면에 형성되고 상기 압축실과 오버랩되는 부분에 개구부가 구비되는 바이패스홈;을 포함하는 로터리 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 바이패스홈은, 상기 롤러의 중심과 상기 토출포트의 중심이 연장되는 직선에 대해 상기 롤러의 회전방향의 역방향으로 10도 내지 50도 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

그리고, 상기 바이패스홈의 개구부는, 상기 롤러가 회전함에 따라 상기 베인이 상기 바이패스홈을 지날 때, 상기 베인에 의해 밀폐될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

또한, 상기 바이패스홈의 폭은 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

더욱이, 상기 개구부는 상기 압축실과 오버랩되는 위치에 형성되되, 상기 베인과 실린더의 내주면이 밀착되는 부분에서 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

게다가, 상기 바이패스홈의 용적은 상기 압축실의 용적을 상기 챔버의 개수로 나눈 값의 5 퍼센트 내지 20 퍼센트로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

한편, 구동모터와 결합되어 회전력을 전달하는 회전축; 상기 회전축이 관통하고, 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 수용공간을 형성하며, 반경 방향으로 흡입포트와 토출포트가 각각 형성되는 실린더; 상기 회전축이 연장되는 방향으로 상기 실린더의 일측면과 타측면에 각각 밀착 설치되는 제1,2 블록; 상기 실린더의 내부에서 일 측이 상기 실린더의 내주면에 접한 상태로 상기 회전축과 함께 회전하는 롤러; 상기 롤러의 외주면에서 내측으로 형성된 베인슬롯에 삽입 설치되고, 상기 베인슬롯에 인가되는 배압력에 의하여 돌출되어 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인; 및 상기 제1 블록 또는 상기 제2 블록의 상기 실린더와 밀착되는 측면에 형성되고 상기 압축실과 오버랩되는 부분에 개구부가 구비되고, 상기 압축실의 용적을 상기 챔버의 개수로 나눈 값의 5 퍼센트 내지 20 퍼센트의 용적으로 마련되는 바이패스홈;을 포함하는 로터리 압축기를 제공한다.

여기서, 상기 바이패스홈은, 상기 롤러의 중심과 상기 토출포트의 중심이 연장되는 직선에 대해 상기 롤러의 회전방향의 역방향으로 10도 내지 50도 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

그리고, 상기 개구부는, 상기 롤러가 회전함에 따라 상기 베인이 상기 바이패스홈을 지날 때, 상기 베인에 의해 밀폐될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

또한, 상기 개구부는 상기 압축실과 오버랩되는 위치에 형성되되, 상기 베인과 실린더의 내주면이 밀착되는 부분에서 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기를 제공한다.

본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 압축과정 중에서 실린더 내부공간의 일시적 부피증가 효과를 부여함으로써, 베인에 의해 구획되는 실린더 내부공간 사이에서 발생되는 최대 압력차이를 줄일 수 있어 압축기의 성능 및 신뢰도가 상승될 수 있다.

본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 압축과정 중에서 베인에 의해 구획되는 실린더 내부공간에서 발생되는 재압축을 완화시킬 수 있다.

본 발명의 로터리 압축기에 의하면, 베인에 의해 구획되는 실린더 내부공간 사이의 질량교환으로 압축과정 중에서 발생하는 손실을 감소시킬 수 있다.

도 1은 로터리 압축기의 내부의 모습을 나타내는 단면도이다.
도 2는 로터리 압축기의 내부 모습을 확대한 도면이다.
도 3은 압축유닛의 모습을 나타내는 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 바이패스홈이 구비되지 않은 상태에서 흡입에서 토출에 의해 나타나는 압축실 내부의 압력변화를 나타낸 도면이다.
도 5는 베인에 반력이 형성되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 바이패스홈이 구비된 제1 블록의 일측면과 밀착되는 롤러와 실린더의 일측면을 나타낸 도면이다.
도 7은 롤러와 실린더의 일측면과 밀착되는 바이패스홈이 구비된 제1 블록의 일측면을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6과 도7이 결합된 상태의 횡단면을 나타낸 도면이다.
도 9는 선행챔버를 규정하는 한 쌍의 베인 중에서 회전방향의 전방에 배치된 베인이 바이패스홈을 지나친 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 바이패스홈의 개구부가 선행챔버와 후행챔버를 구획하는 베인에 의하여 밀폐된 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 선행챔버와 후행챔버를 구획하는 베인이 바이패스홈을 지나친 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 관련된 로터리 압축기(100)에 대해, 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 로터리 압축기(100)의 내부의 모습을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 로터리 압축기(100)의 내부 모습을 확대한 도면이며, 도 3은 압축유닛(130)의 모습을 나타내는 횡단면을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회전축(123)이 상하로 연장되는 종형의 압축기뿐만 아니라, 회전축(123)이 측방으로 연장되는 횡형의 로터리 압축기(100)가 포함될 수 있다.

로터리 압축기(100)는, 케이스(110), 구동모터(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, 압축실(170)을 형성하는 실린더(133)가 설치된다.

케이스(110)는 제1 쉘(110a), 제2 쉘(110b) 및 제3 쉘(110c)로 이루어진다. 제2 쉘(110b)의 내측면에는 구동모터(120)와 압축유닛(130)이 고정 설치될 수 있으며, 제2 쉘(110b)의 일측과 타측에는 각각 제1 쉘(110a) 및 제3 쉘(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), 제1 블록(131) 및 제2 블록(132)을 포함한다.

구동모터(120)는 압축유닛(130)의 상부에 위치되고, 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공 역할을 한다. 구동모터(120)는 고정자(121), 회전자(122) 및 회전축(123)을 포함한다.

고정자(121)는 케이스(110)의 내부에 고정되도록 설치되며, 원통형의 케이스(110)의 내주면에 열박음의 방법으로 장착될 수 있다. 또한, 고정자(121)는 제2 쉘(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.

제2 쉘(110b)의 일 측에는 흡입포트(133a)가 설치되고, 제1 쉘(110a)의 일 측에는 토출배관이 설치되어, 케이스(110)의 내부로부터 냉매의 유출이 가능하게 된다.

흡입포트(133a)는 냉동사이클을 형성하는 증발기(미도시)로부터 흡입배관과 케이스(110)를 연통시키고, 토출구(미도시)는 응축기(미도시)로부터 토출배관과 케이스(110)를 연통시키게 된다.

케이스(110)의 내부에 설치되는 압축유닛(130)은, 흡입된 냉매를 압축시킨 후 토출하게 된다. 냉매의 흡입과 토출은 압축실(170)이 형성되는 실린더(133)의 내부에서 이루어지게 된다.

실린더(133)는 회전축(123)이 관통하고, 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 수용공간을 형성하며, 반경 방향으로 흡입포트(133a)와 토출포트(133b)가 각각 형성될 수 있다.

실린더(133)에 형성되는 흡입포트(133a)를 통해 유입되는 냉매가 압축된 후 토출되는 과정에 있어서, 토출포트(133b)의 단부가 확장되는 구조를 가짐으로써, 압축된 냉매가 보다 원활하게 토출될 수 있다.

실린더(133)의 내부에는 회전축(123)을 중심으로 회전하며, 실린더(133)의 내주면과 접하면서 압축실(170)을 형성하는 롤러(134)가 설치된다. 롤러(134)는 회전축(123)에 설치되며, 롤러(134)는 실린더(133)의 내주면에 하나의 접점부를 형성하며 실린더(133) 내부에서 회전하게 된다(즉, 접점부는 실린더(133)의 내주면과 롤러(134)의 외주면이 접촉하는 부분으로 정의될 수 있다).

롤러(134)에는 베인(135)이 삽입되어 슬라이드 이동할 수 있는 베인슬롯(140)이 형성될 수 있는데, 베인슬롯(140)은 롤러(134)의 외주면에서 롤러(134)의 내부로 형성된다.

베인슬롯(140)에는 베인(135)이 삽입 설치될 수 있다. 베인(135)은 베인슬롯(140)에 삽입되어 슬라이딩 이동할 수 있고, 베인(135)의 일단부에 인가되는 배압력과 회전에 의한 원심력에 의하여 베인(135)의 타단부가 압축실(170)로 돌출될 수 있다.

베인(135)의 타단부가 압축실(170)로 돌출되어, 실런더의 내주면과 접하면서 실린더(133)와 롤러(134)에 의해 형성되는 압축실(170)을 구획할 수 있다.

베인(135)은 적어도 두 개 이상의 복수개로 이루어질 수 있고, 각 베인(135)은 롤러(134)의 내부에 위치되며 서로 대칭되도록 위치될 수 있다. 복수개로 이루어진 베인(135)에 의해 압축실(170)은 복수개의 챔버로 구획될 수 있다.

흡입에서 압축으로 이루어지는 하나의 압축 사이클은 롤러(134)가 실린더(133) 내부에서 1회전하며 압축실(170)로 냉매를 유입시키고, 유입된 냉매는 압축된 후에 실린더(133) 외부로 배출된다. 롤러(134)가 1회전함에 따라 냉매의 유입에서 배출에 이르는 하나의 압축 사이클이 형성될 수 있다.

베인(135)의 이동에 의해 흡입포트(133a)로부터 유입되는 냉매는 압축된 후, 토출포트(133b)를 따라 이동하며, 회전축(123) 방향으로 실린더(133)의 일측면과 타측면에 각각 설치되는 제1 블록(131)과 제2 블록(132)에 각각 형성되는 토출홀(133c)을 따라 토출될 수 있다.

다만, 실린더(133)와 롤러(134)간의 접촉점은 실린더(133) 내주면의 동일한 위치로 유지되고, 베인(135)의 외측 단부는 실린더(133)의 내주면을 따라 이동하므로, 압축실(170)에 형성되는 압력은 베인(135)의 이동에 따라 연속으로 압축되는 메커니즘을 가지게 된다.

도 4는 바이패스홈(150)이 구비되지 않은 상태에서 흡입에서 토출에 의해 나타나는 압축실(170) 내부의 압력변화를 나타낸 도면이고, 도 5는 베인(135)에 반력이 형성되는 상태를 나타낸 도면이다.

로터리 압축기(100)의 경우, 실린더(133)의 압축실(170)과 연통되는 토출구를 통해 압축된 냉매가 한번에 노출되는 구조를 가지므로, 토출되지 못한 냉매가 과압축되는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.

로터리 압축기(100)는 짧은 압축주기와 각 챔버간 누설로 인하여 손실이 발생할 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 개방 직전, 직후의 영역(A)에서 압력 상승으로 인한 손실 증가가 가장 크게 나타나며, 토출 과정 후반부의 재 압축 영역에서도 압력 상승으로 인한 손실이 발생될 수 있다.

압축실(170)에 수용되는 냉매의 과압축이 발생하는 경우, 불필요한 압축 손실이 발생하여 압축기의 효율을 저감시키며, 기계적 파손을 야기하는 문제점이 있다.

가령, 도 5에 도시된 바와 같이, 베인(135)에 반력이 형성될 수 있다.

베인(135)은 일측이 원심력이나 배압력에 의해 압축실(170) 내부로 돌출되어 실린더(133)의 내주면에 접하면서 압축실(170)을 구획할 수 있다.

즉, 압축실(170)은 실린더(133), 롤러(134) 및 제1,2 블록(131,132)에 의해 규정될 수 있다. 그리고, 챔버는 실린더(133), 롤러(134), 제1,2 블록(131,132) 및 대향하는 한 쌍의 베인(135)에 의해 규정될 수 있다.

베인(135)을 사이에 두고 인접한 챔버는 흡입에서 토출로 이루어지는 하나의 사이클에서 베인(135)의 진행방향에 대하여 전방에 배치되는 선행챔버(H)와 후방에 배치되는 후행챔버(L)로 구분될 수 있다.

즉, 베인(135)의 진행방향(R)을 따라, 전방에는 선행챔버(H)가, 후방에는 후행챔버(L)가 위치된다. 롤러(134)가 회전하며 베인(135)이 실린더(133) 내주면에 밀착되어 진행되는 동안에 선행챔버(H)와 후행챔버(L)는 베인(135)에 의해 구분되어 서로 연통되지 못한다.

하나의 베인(135)을 기준으로 선행챔버(H)와 후행챔버(L)의 압력이 베인(135)의 양측에 동시에 작용하게 된다. 선행챔버(H)의 압력은 후행챔버(L)의 압력보다 높은 압력이 형성되므로, 선행챔버(H)의 압력에 의해 베인(135)에 작용하는 힘은 후행챔버(L)의 압력에 의해 베인(135)에 작용하는 힘보다 더 크게 된다.

즉, 베인(135)의 일측에는 선행챔버(H)로부터 후행챔버(L)의 방향으로 측면힘(Fp)이 작용하게 된다. 측면힘(Fp)에 의해, 베인(135)은 베인슬롯(140)과 접하는 부분에서 큰 응력이 발생되거나 큰 마모가 이루어질 수 있다.

특히, 측면힘(Fp)은, 선행챔버(H)의 압력이 급격히 상승하게 되는 위치에서 더욱 커지게 되는데, 베인(135)의 일측에 작용하는 힘은 선행챔버(H)에 형성되는 압력이 큰 경우, 측면힘(Fp) 또한 커지게 된다.

도 6은 바이패스홈(150)이 구비된 제1 블록(131)의 일측면과 밀착되는 롤러(134)와 실린더(133)의 일측면을 나타낸 도면이고, 도 7은 롤러(134)와 실린더(133)의 일측면과 밀착되는 바이패스홈(150)이 구비된 제1 블록(131)의 일측면을 나타낸 도면이며, 도 8은 도 6과 도7이 결합된 상태의 횡단면을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따르는 로터리 압축기(100)는, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 바이패스홈(150)을 통하여 압축되는 냉매가 유입될 수 있도록 하여 선행챔버(H)에서 냉매의 압력이 설정된 값 이상으로 상승되는 과압축 현상을 방지할 수 있다.

즉, 선행챔버(H)에 형성되는 냉매의 압력이 필요 이상으로 증가되는 것을 방지하여 베인(135)의 측면에서 형성되는 측면힘(Fp)이 커지는 것을 제한함으로써 베인(135) 측면에서 발생하는 마찰 손실을 저감 시킬 수 있고, 베인(135)에 작용하는 응력(F1,F2)에 의해 베인(135)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

바이패스홈(150)은 제1 블록(131) 또는 제2 블록(132)에서 실린더(133)와 밀착되는 측면에 형성될 수 있다. 그리고 압축실(170)의 공기가 유입될 수 있도록 바이패스홈(150)의 개구부(152)는 압축실(170)과 오버랩되는 부분에 구비되는 것이 바람직하다.

다만, 바이패스홈(150)은 압축실(170)과 오버랩되는 부분과 롤러(134)와 오버랩되는 부분에 거쳐 형성될 수 있다. 바이패스홈(150)은 압축되는 냉매가 유입될 수 있도록 하여 선행챔버(H)에서 냉매의 압력이 설정된 값 이상으로 상승되는 과압축 현상을 방지하기 위하여 형성되는 것이기 때문에, 충분한 용적을 확보하기 위함이다.

바이패스홈(150)의 용적이 클수록, 선행챔버(H)가 바이패스홈(150)을 지나면서 증가되는 선행챔버(H)의 용적도 커지게 된다. 그러면, 선행챔버(H)에서 바이패스홈(150)을 통하여 후행챔버(L)로 유입되는 냉매의 양도 증가하게 되고, 롤러(134)가 회전함에 따라 증가하는 선행챔버(H)의 압력도 감소할 수 있다.

즉, 바이패스홈(150)의 용적이 증가할수록 선행챔버(H)에서 후행챔버(L)로 이동하는 냉매의 양이 증가하기 때문에, 챔버내에서 냉매가 과압축 되는 현상을 방지할 수 있으므로 과압축에 의한 손실을 줄일 수 있다.

반면에, 바이패스홈(150)의 용적이 지나치게 그게 형성되면, 선행챔버(H)에서 지나치게 많은 양의 냉매가 후행챔버(L)로 이동하게 되므로 냉매의 압축이 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기(100)는, 바이패스홈(150)의 용적이 압축실(170)의 용적을 챔버의 개수로 나눈 값의 5 내지 20 퍼센트로 형성됨으로써 전체적인 압축기의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 바이패스홈(150)은, 제1 블록(131)의 측면뿐만 아니라 제2 블록(132)의 측면에도 형성될 수 있다. 회전축(123)이 상하로 연장되는 로터리 압축기(100)나 회전축(123)이 좌우로 연장되는 로터리 압축기(100) 모두 마찬가지이다. 바이패스홈(150)은 제1 블록(131) 측면이나 제2 블록(132) 측면 중에서 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.

다만, 회전축(123)이 상하로 연장되는 로터리 압축기(100)는 압축실(170) 내부의 오일이 자중에 의하여 제2 블록(132) 상측면에 적체될 수 있다. 이때, 바이패스홈(150)이 제2 블록(132) 상측면에 형성되는 경우에는 오일이 바이패스홈(150)으로 유입되어 챔버와 바이패스홈(150) 사이에 냉매의 이동이 원활하게 이루어지지 않아 바이패스홈(150)의 기능이 제대로 발휘되지 않을 수 있다.

따라서, 회전축(123)이 상하로 연장되는 로터리 압축기(100)는 상부에 위치하는 제1 블록(131) 하측면에 바이패스홈(150)이 형성되는 것이 바람직하다.

로터리 압축기(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 압축된 냉매의 토출 직전, 직후에서 과압축이 가장 크게 발생하며, 노출 후반부에서 재 압축되는 과정에서도 과압축이 발생할 수 있다.

토출포트(133b)에 의해 챔버가 개방되기 직전에서부터 토출포트(133b)에 의해 챔버가 개방된 직후까지 이르는 시점에서 챔버의 용적을 일시적으로 증가시킴으로써 챔버 내부에 압력이 상승하는 것을 방지하기 위하여, 일부 영역에 형성되는 것이 바람직하다.

가령, 롤러(134)의 중심과 토출포트(133b)의 중심이 연장되는 직선(l)에 대해 롤러(134)의 회전방향(R)의 역방향으로 10도 내지 50도 위치에 바이패스홈(150)이 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 롤러(134)의 회전방향의 역방향에 대해 롤러(134)의 중심과 토출포트(133b)의 중심이 연장되는 직선(l)과 이루는 각도(x)가 10도 내지 50도로 이루어지는 위치에 바이패스홈(150)이 형성될 수 있다.

도 9 내지 도 11은 베인(135)이 바이패스홈(150)을 지나면서 선행챔버(H)와 후행챔버(L) 사이에 발생하는 체적변화를 나타낸 개념도이다.

도 9는 선행챔버(H)를 규정하는 한 쌍의 베인(135) 중에서 회전방향의 전방에 배치된 베인(135)이 바이패스홈(150)을 지나친 상태를 나타낸 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 선행챔버(H)가 바이패스홈(150)에 연통된 상태에서는 선행챔버(H)에 수용된 냉매의 일부가 바이패스홈(150) 내부로 이동할 수 있다.

선행챔버(H)가 바이패스홈(150)에 연통될 때, 선행챔버(H) 용적은 일시적으로 바이패스홈(150)의 용적만큼 증가할 수 있는데, 선행챔버(H) 용적의 일시적인 증가로 인하여 선행챔버(H)에 수용된 냉매가 과압축되는 것을 일시적으로 완화시킬 수 있다.

도 10은 바이패스홈(150)의 개구부(152)가 선행챔버(H)와 후행챔버(L)를 구획하는 베인(135)에 의하여 밀폐된 상태를 나타낸 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 베인(135)에 의해 바이패스홈(150)의 개구부(152)가 밀폐된 상태에서는 선행챔버(H)에 수용된 냉매와 바이패스홈(150)에 수용된 냉매와 후행챔버(L)에 수용된 냉매는 이동하지 않게 된다.

롤러(134)의 회전에 따라 베인(135)이 진행하며 바이패스홈(150)을 지날 때, 베인(135)이 바이패스홈(150)의 개구부(152)를 밀폐할 수 있도록, 바이패스홈(150)에 대응하는 베인(135)의 폭(W2)은 바이패스홈(150)의 폭(W1) 보다 더 큰 폭으로 마련되는 것이 바람직하다(이때, 폭은 원주방향에 대한 길이로 정의될 수 있다).

한편, 바이패스홈(150)의 폭(W1)은 1mm 이상으로 마련되는 것이 바람직하다. 롤러(134)는 실린더(133) 내부에서 회전하게 되는데, 롤러(134)의 외주면과 실린더(133) 내주면이 형성하는 압축실(170)로 오일과 분진이 유입될 수 있다.

바이패스홈(150)의 폭(W1)을 1mm 이상으로 형성하여 압축실(170)로 유입된 오일과 분진이 바이패스홈(150)을 막는 것을 방지하기 위함이다.

도 11은 선행챔버(H)와 후행챔버(L)를 구획하는 베인(135)이 바이패스홈(150)을 지나친 상태를 나타낸 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 후행챔버(L)가 바이패스홈(150)에 연통된 상태에서는 바이패스홈(150)에 수용된 냉매의 일부가 후행챔버(L) 내부로 이동할 수 있다.

도 9 내지 도 11에 도시된 각각의 과정으로 보면, 바이패스홈(150)의 개구부(152)가 선행챔버(H)와 후행챔버(L)를 구획하는 베인(135)에 의해 밀폐됨으로써, 베인(135)이 바이패스홈(150)을 지날 때, 선행챔버(H)와 후행챔버(L)가 연통되지 않는다.

하지만, 롤러(134)가 회전하면서 일어나는 연속된 일련의 과정으로 보면, 선행챔버(H)와 후행챔버(L)는 바이패스홈(150)의 용적에 한하여 제한적으로 연통되는 효과가 발생될 수 있다.

즉, 선행챔버(H)에 수용된 냉매가 바이패스홈(150)으로 유입되고, 바이패스홈(150)으로 유입되어 수용된 냉매가 다시 후행챔버(L)로 유입되어 선행챔버(H)와 후행챔버(L)가 연통되는 효과가 발생될 수 있는 것이다.

따라서, 선행챔버(H)의 과도한 압력증가가 일시적으로 완화되어 과압축에 의한 손실이 감소될 수 있다.

즉, 과압축에 의해 롤러(134)의 회전이 덜 방해 받게 됨으로써 흡입에서 토출로 이루어지는 하나의 압축 사이클에서 발생하는 압축손실을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 선행챔버(H)와 후행챔버(L) 사이의 과도한 압력차이가 완화됨으로써 실린더(133)와 베인(135) 사이로 선행챔버(H)에서 후행챔버(L)로 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 선행챔버(H)와 후행챔버(L) 사이의 베인(135)에 집중되는 응력에 의해 베인(135)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

그런데, 바이패스홈(150)의 개구부(152)가 베인(135)에 의해 밀폐되지 않도록 하여 베인(135)이 바이패스홈(150)을 지날 때 선행챔버(H)와 후행챔버(L)가 직접 연통되도록 하여도 과압축에 의한 손실을 감소시킬 수 있다.

하지만, 바이패스홈(150)을 통하여 선행챔버(H)에서 후행챔버(L)로 냉매가 직접 이동하게 된다면 선행챔버(H)에서 이루어져야 하는 냉매의 압축이 이루어지지 않아 오히려 압축기의 성능을 떨어뜨릴 수 있다.

베인(135)이 바이패스홈(150)의 개구부(152)를 밀폐하게 되면 선행챔버(H)에서 후행챔버(L)로 이동하는 냉매의 양이 제한되기 때문에, 선행챔버(H)에서 냉매의 압축이 제대로 이루어지면서도 냉매가 과압축되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

바이패스홈(150)에 의해 선행챔버(H)에서 발생하는 과도한 압력상승과 선행챔버(H)와 후행챔버(L) 사이에 발생하는 과도한 압력차이를 줄임으로써 극복되는 손실감소의 효과가 지배적으로 작용하여 압축기의 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 바이패스홈(150)은 압축실(170)과 오버랩되는 위치에 형성되되, 실린더(133)의 내측과 밀착되는 부분에서 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.

실린더(133)와 베인(135)은 밀착부에서 선접촉을 하며 선행챔버(H)와 후행챔버(L)를 구획하게 된다(즉, 밀착부는 실린더(133)의 내측면과 베인(135)의 일측단이 접촉하는 부분으로 정의 될 수 있다). 바이패스홈(150)이 밀착부와 오버랩되는 위치에 형성되면 밀착부에서 바이패스홈(150)의 개구부(152)를 형성하는 것이 어려울 수 있다.

즉, 바이패스홈(150)의 개구부(152)가 밀착부와 오버랩되는 위치에 형성되어 베인(135)에 의해 개구부(152)가 밀폐되려면, 개구부(152)의 형상은 베인(135)의 형상에 대응하여 제작되어야 할 것이다.

따라서, 개구부(152)의 형상을 용이하게 제조하기 위해서 바이패스홈(150)의 개구부(152)는 밀착부에서 이격된 위치에 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 로터리 압축기(100)는, 실린더(133)와 밀착되는 제1 블록(131) 또는 제2 블록(132)의 측면에 형성되되 롤러(134)가 회전함에 따라 토출포트(133b)에 의해 개방되기 직전에 위치하는 챔버와 연통되도록 구비되는 복수개의 바이패스홈(150)이 마련될 수 있다.

흡입에서 토출로 이루어지는 하나의 압축 사이클에서 롤러(134)가 회전함에 따라 챔버 내부의 압력을 증가시키기 위하여 챔버의 용적은 줄어들게 된다. 이에 따라, 제1 블록(131) 또는 제2 블록(132)의 실린더(133)와 밀착되는 측면 중에서 압축실(170)과 오버랩되는 면적도 줄어들 수 있다.

따라서, 바이패스홈(150)의 개구부(152)가 구비될 수 있는 제한적인 면적에 용이하게 바이패스홈(150)의 개구부(152)를 마련하기 위하여 바이패스홈(150)을 복수개로 마련하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 로터리 압축기(100)를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 로터리 압축기 110: 케이스
120: 구동모터 121: 고정자
122: 회전자 123: 회전축
130: 압축유닛 131: 제1 블록
132: 제2 블록 133: 실린더
133a: 흡입포트 133b: 토출포트
133c: 토출홀 134: 롤러
135: 베인 140: 베인슬롯
150: 바이패스홈 152: 개구부
170: 압축실
H: 선행챔버 L: 후행챔버
R: 베인의 진행방향/롤러의 회전방향 Fp: 측면힘
F1, F2: 베인에 작용하는 응력
W1: 바이패스홈의 폭 W2: 베인의 폭
l: 롤러의 중심과 토출포트의 중심이 연장되는 직선
x: 롤러의 회전방향의 역방향에 대해 롤러의 중심과 토출포트의 중심이 연장되는 직선과 이루는 각도
A: 밸브 개방 직전, 직후의 영역
B: 토출 과정 후반부의 재 압축 영역

Claims (10)

1. 환형으로 마련되어 내부에 수용공간을 형성하고, 상기 수용공간이 외부로 연통될 수 있도록 반경 방향으로 흡입포트와 토출포트가 각각 형성되는 실린더;
   상기 실린더의 일측면과 타측면에 각각 밀착 설치되는 제1,2 블록;
   상기 실린더의 내부에서 일 측이 상기 실린더의 내주면에 접한 상태로 회전하는 롤러;
   상기 실린더, 상기 제1,2 블록 및 상기 롤러에 의해 규정되는 압축실;
   상기 롤러의 외주면에서 내측으로 형성된 베인슬롯에 삽입 설치되고, 상기 베인슬롯에 인가되는 배압력에 의하여 돌출되어 상기 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인; 및
   상기 제1 블록 또는 상기 제2 블록의 상기 실린더와 밀착되는 측면에 형성되고 상기 압축실과 오버랩되는 부분에 개구부가 구비되는 바이패스홈;을 포함하는 로터리 압축기.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이패스홈은,
   상기 롤러의 중심과 상기 토출포트의 중심이 연장되는 직선에 대해 상기 롤러의 회전방향의 역방향으로 10도 내지 50도 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이패스홈의 개구부는, 상기 롤러가 회전함에 따라 상기 베인이 상기 바이패스홈을 지날 때, 상기 베인에 의해 밀폐될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이패스홈의 폭은 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 개구부는 상기 압축실과 오버랩되는 위치에 형성되되, 상기 베인과 상기 실린더의 밀착부에서 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 바이패스홈의 용적은 상기 압축실의 용적을 상기 챔버의 개수로 나눈 값의 5 퍼센트 내지 20 퍼센트로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
7. 구동모터와 결합되어 회전력을 전달하는 회전축;
   상기 회전축이 관통하고, 중심부에 냉매가 수용될 수 있는 수용공간을 형성하며, 반경 방향으로 흡입포트와 토출포트가 각각 형성되는 실린더;
   상기 회전축이 연장되는 방향으로 상기 실린더의 일측면과 타측면에 각각 밀착 설치되는 제1,2 블록;
   상기 실린더의 내부에서 일 측이 상기 실린더의 내주면에 접한 상태로 상기 회전축과 함께 회전하는 롤러;
   상기 롤러의 외주면에서 내측으로 형성된 베인슬롯에 삽입 설치되고, 상기 베인슬롯에 인가되는 배압력에 의하여 돌출되어 상기 실린더와 상기 롤러에 의해 형성되는 압축실을 복수개의 챔버로 구획하는 베인; 및
   상기 제1 블록 또는 상기 제2 블록의 상기 실린더와 밀착되는 측면에 형성되고 상기 압축실과 오버랩되는 부분에 개구부가 구비되고, 상기 압축실의 용적을 상기 챔버의 개수로 나눈 값의 5 퍼센트 내지 20 퍼센트의 용적으로 마련되는 바이패스홈;을 포함하는 로터리 압축기.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 바이패스홈은,
   상기 롤러의 중심과 상기 토출포트의 중심이 연장되는 직선에 대해 상기 롤러의 회전방향의 역방향으로 10도 내지 50도 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 개구부는, 상기 롤러가 회전함에 따라 상기 베인이 상기 바이패스홈을 지날 때, 상기 베인에 의해 밀폐될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
   
10. 제 7 항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 압축실과 오버랩되는 위치에 형성되되, 상기 베인과 상기 실린더의 밀착부에서 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 압축기.
    

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