KR20210009697A - 로터리 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로터리 압축기에 관한 것으로 일측에 베인 슬롯이 형성되고 중심부에 압축실을 포함하는 실린더와 편심부가 형성되어 상기 압축실의 중심을 수직으로 관통하는 샤프트축과 외주면 일 측에 결합 홈부가 형성되어 상기 샤프트축의 회전에 의하여 상기 압축실 내에서 선회 운동하는 환형 형상의 롤러 및 상기 결합 홈부에 결합되는 원호 형상의 베인 힌지와 상기 베인 슬롯에 일측이 삽입되는 베인 바디가 형성되어 상기 압축실에 토출 공간과 흡입 공간을 구획하는 베인을 포함하고, 상기 결합 홈부의 중심점은 상기 압축실의 중심축과 일직선 상에 위치하며, 베인 힌지와 베인 바디 사이에 상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출 공간 측에 형성되는 토출측 홈부의 형상과 상기 흡입 공간 측에 형성되는 흡입측 홈부의 형상이 비대칭으로 형성된다.

Description

로터리 압축기{Rotary Compressor}
본 발명은 로터리 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 로터리 압축기는 롤러가 실린더에서 선회운동을 하면서 실린더에 삽입 장착된 베인이 직선운동을 하게 되고, 이에 따라 흡입실과 토출실은 체적이 가변되는 압축실을 형성하여 냉매를 흡입, 압축 및 토출이 이루어지게 된다.
이러한 로터리 압축기는 롤러와 베인의 결합 유무에 따라 결합형과 비결합형으로 분류될 수 있다.
상기한 바와 같이 베인과 롤러가 결합된 결합형 로터리 압축기의 선행기술로는 유럽 공개특허공보 제2418386호에 개시되어 있는 로터리 압축기가 있다.
도 1은 종래의 결합형 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 요부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 1과 도 2를 참조하면 종래의 결합형 로터리 압축기는 실린더(30)와 롤러(32) 및 베인(33)을 포함한다.
상기 실린더(30)는 중심부에 압축실(39)이 형성되고, 일측에 베인 슬롯(30b)과 냉매가 유입되는 흡입부(40) 및 냉매가 토출되는 토출부(38)가 형성된다.
상기 롤러(32)는 환형의 형상으로 형성되어 내주면이 회전축(31)의 편심부와 결합하여 상기 압축실(39)에서 선회 운동한다.
상기 베인(33)은 선단 측에 형성된 힌지(33a)가 상기 롤러(32)의 외주면 일측에 결합하고 후단 측이 상기 베인 슬롯(30b)에 삽입되어 상기 롤러(32)의 선회 운동에 따라 직선 왕복 운동한다.
보다 구체적으로 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 압축실(39)의 중심축(Pb)이 상기 베인(33)의 중심축(Pa)과 대비하여 비교적 고압인 토출부(38) 측으로 평행 이격되어 형성된다.
또한, 상기 베인 슬롯(30b)은 롤러(32) 측의 선단을 기준으로 실린더(30)의 외주면 측의 후단이 토출부(38) 측으로 기울어져 형성된다.
또한, 상기 베인(33)은 중심축(Pa)을 기준으로 비대칭으로 형성된다.
보다 구체적으로 상기 베인(33)은 중심축(Pa)을 기준으로 비교적 고압인 토출부(38) 측의 수축부(33g)의 체적이 비교적 저압인 흡입부(40) 측의 수축부(33f)의 체적보다 작게 형성된다.
즉, 상기 베인(33)의 상사점에서 비교적 고압인 토출부(38) 측의 수축부(33g)와 롤러(32) 및 실린더(30) 사이에 형성되는 공간의 체적(Vg)이 비교적 저압인 흡입부(40) 측의 수축부(33f)와 롤러(32) 및 실린더(30) 사이에 형성되는 공간의 체적(Vf) 보다 작게 형성된다.
이때, 상기 베인(33)의 상사점에서 비교적 고압인 토출부(38) 측의 수축부(33g)와 롤러(32) 및 실린더(30) 사이에 형성되는 공간의 체적(Vg)은 사체적(Dead Volume)으로 압축실(39)의 냉매가 잔류하여 롤러(32)의 선회 운동에 따라 흡입부(40) 측으로 유입되어 냉력의 손실을 발생시킨다.
이에 따라, 상기한 종래의 로터리 압축기는 사체적을 감소시켜 냉력의 손실을 저감함으로써 압축 효율이 향상되는 장점이 있다.
그러나, 이러한 종래의 로터리 압축기는 압축실(39)의 중심축(Pb)이 상기 베인(33)의 중심축(Pa)과 대비하여 비교적 고압인 토출부(38) 측으로 평행 이격되어 형성됨에 따라 상기 베인(33)의 내구성이 저하되는 문제점이 있다.
보다 구체적으로 롤러(32)의 선회 운동의 중심축과 상기 베인(33)의 중심축(Pa)이 일치하지 않기 때문에 베인(33)의 선단 측에는 롤러(32)에 의한 회전력 부하가 비교적 크게 발생하여 비교적 강도가 약한 수축부들(33g, 33f)의 파손이 쉽게 발생할 수 있다.
이에 따라, 베인과 롤러가 결합된 로터리 압축기에서 사체적을 줄이는 동시에 베인의 내구성을 향상시킬 수 있는 구조의 개선이 필요하다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 롤러와 베인이 결합된 로터리 압축기에서 베인에 작용하는 부하를 최소화시킬 수 있도록 구조가 개선된 로터리 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 토출 공간 측의 사체적을 감소시켜 압축실의 냉매가 잔류하여 롤러의 선회 운동에 따라 흡입부 측으로 유입되는 것을 최소화할 수 있도록 구조가 개선된 로터리 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 롤러와 베인의 결합 구조 및 형상에 의하여 베인에 작용하는 부하를 최소화시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로 본 발명은 일측에 베인 슬롯이 형성되고 중심부에 압축실을 포함하는 실린더와 편심부가 형성되어 상기 압축실의 중심을 수직으로 관통하는 샤프트축과 외주면 일 측에 결합 홈부가 형성되어 상기 샤프트축의 회전에 의하여 상기 압축실 내에서 선회 운동하는 환형 형상의 롤러 및 상기 결합 홈부에 결합되는 원호 형상의 베인 힌지와 상기 베인 슬롯에 일측이 삽입되는 베인 바디가 형성되어 상기 압축실에 토출 공간과 흡입 공간을 구획하는 베인을 포함한다.
또한, 상기 결합 홈부의 중심점은 상기 압축실의 중심축과 일직선 상에 위치한다.
또한, 베인 힌지와 베인 바디 사이에 상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출 공간 측에 형성되는 토출측 홈부의 형상과 상기 흡입 공간 측에 형성되는 흡입측 홈부의 형상이 비대칭으로 형성된다.
또한, 상기 압축실의 중심과 상기 샤프트축의 중심은 동일 수직선 상에 위치한다.
또한, 상기 결합 홈부는 원주부의 중심과 상기 압축실의 중심축을 지나는 직선을 기준으로 대칭되어 형성되는 토출측 원호부와 흡입측 원호부를 포함한다.
또한, 상기 결합 홈부의 중심은 상기 원주부의 중심과 동일하게 형성된다.
본 발명은 베인 슬롯의 형상에 의하여 베인에 작용하는 부하를 최소화시키는 것을 기술적 특징으로 한다.
구체적으로 상기 베인 슬롯은 상기 결합 홈부의 중심을 기준으로 흡입 공간 측으로 기울어져 형성된다.
또한, 상기 베인 슬롯의 중심축과 상기 압축실의 중심축은 상기 결합 홈부의 중심점에서 교차한다.
보다 바람직하게 상기 베인 슬롯의 중심축과 상기 압축실의 중심축이 이루는 각은 2~10°이다.
또한, 상기 베인 슬롯의 중심축은 베인의 중심축과 동일하게 형성된다.
또한, 상기 베인 힌지의 중심점은 상기 결합 홈부의 중심점과 동일하게 형성된다.
보다 바람직하게 상기 베인 힌지의 지름은 상기 베인 바디의 양 측면 사이 거리와 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 베인의 중심축과 상기 압축실의 중심축은 어느 한 점에서 교차하도록 형성될 수 있다.
본 발명은 베인의 형상에 의하여 사체적을 감소시켜 냉력 손실을 최소화시키는 것으로 기술적 특징으로 한다.
구체적으로 상기 베인의 중심축을 기준으로 토출측 홈부의 체적이 흡입측 홈부의 체적보다 크게 형성된다.
또한, 상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출측 홈부의 중심 거리가 상기 흡입측 홈부의 중심 거리보다 크게 형성된다.
또한, 상기 베인 힌지의 중심을 지나며, 상기 베인의 중심축과 수직 교차하는 직선을 기준으로 토출측 홈부의 중심 거리가 상기 흡입측 홈부의 중심의 거리보다 작게 형성된다.
또한, 상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출측 홈부의 만곡부 거리가 상기 상기 흡입측 홈부의 만곡부 거리보다 크게 형성된다.
또한, 상기 베인 힌지의 중심을 지나며, 상기 베인의 중심축과 수직 교차하는 직선을 기준으로 토출측 홈부의 만곡부 거리가 상기 흡입측 홈부의 만곡부 거리보다 작게 형성된다.
보다 바람직하게 상기 베인이 상사점일 때, 토출측 홈부와 토출측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간의 체적은 흡입측 홈부와 흡입측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간의 체적의 30~80%로 형성될 수 있다.
또한, 상기 실린더는 흡입 공간 일측에 형성되는 흡입구와 토출 공간 일측에 형성되는 토출홀을 포함한다.
또한, 상기 실린더는 상기 베인이 상사점일 때, 토출측 홈부와 토출측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간에 연통되도록 형성되는 토출홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡입측 홈부의 중심을 기준으로 베인 힌지와 베인 바디 사이의 거리가 상기 토출측 홈부의 중심을 기준으로 베인 힌지와 베인 바디 사이의 거리보다 크게 형성된다.
또한, 상기 베인 바디의 양측면을 기준으로 상기 흡입측 홈부의 깊이가 상기 토출측 홈부의 깊이보다 크게 형성된다.
본 발명에 따른 로터리 압축기는 롤러와 베인이 결합된 결합형 로터리 압축기에서 베인에 작용하는 부하를 최소화함으로써 베인의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 토출 공간 측의 사체적을 축소시켜 과압축에 의한 냉방능력 손실을 감소시켜 냉방능력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 결합형 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 요부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 베인을 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 요부를 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 종래의 결합형 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
도 10 결합형 압축기에 있어서 사체적이 각각 100%, 30%인 경우 샤프트축의 회전 속도에 따른 냉방능력을 비교한 그래프이다.
도 11은 결합형 압축기에 있어서 사체적 변화에 따른 냉방능력의 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 종래의 결합형 로터리 압축기와 본 발명에 따른 로터리 압축기의 베인 슬롯의 기울어짐에 따른 압축실 내에서 베인에 가해지는 반력을 비교한 그래프이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 로터리 압축기를 실시 예들에 의거하여 상세히 설명한다.
도 3과 4는 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기를 도시한 단면도와 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 압축부(300)를 도시한 도면이다.
도 3과 4를 참조하면, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 밀폐용기(100)의 내부 공간에 전동부(200)와 압축부(300)가 함께 위치한다.
상기 전동부(200)는 코일이 권선되어 밀폐용기(100)에 고정 설치되는 고정자(210)와 상기 고정자(210)의 내측에 회전 가능하게 위치하는 회전자(220)와 상기 회전자(220)에 압입되어 회전자와 함께 회전하는 샤프트축(230)을 포함한다.
한편, 압축부(300)는 환형으로 형성되는 실린더(310)와 상기 실린더(310)의 상부에 위치하는 상부 베어링(320, 또는 메인 베어링)과 상기 실린더(310)의 하측을 복개하는 하부 베어링(330, 또는 서브 베어링)과 상기 샤프트축(230)의 편심부에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(310)의 내주면에 접하고 상기 실린더(310)의 압축실(314)에 배치되는 롤러(340)와 상기 롤러(340)에 결합되어 상기 실린더(310)에 위치하는 베인 슬롯(312)에서 직선으로 왕복 운동하도록 위치하는 베인(350)을 포함한다.
상기 압축부(300)는 다시 상기 베인(350)을 기준으로, 도 4에서의 베인(350)의 왼쪽 부분에 흡입 공간(S)이 위치하고 베인(350)의 오른쪽 부분에 토출 공간(D)이 위치한다. 따라서 상기 베인(350)은 롤러와 결합되어 물리적으로 그리고 안정적으로 흡입 공간(S)과 토출 공간(D)을 분리할 수 있다.
이 때 상기 실린더(310)에는 그 일 측에 압축실(314)의 반경 방향으로 냉매 흡입을 위한 흡입구(311)가 위치된다. 또한 상기 실린더(310)에는 상기 베인(350)이 삽입되는 베인 슬롯(312)이 위치된다. 한편, 상부 베어링(320)의 일측에는 상기 토출 공간(D)에서 압축되는 냉매가 밀폐용기(100)의 내부 공간으로 토출되도록 토출구(321)가 위치한다.
상기 상부 베어링(320)과 하부 베어링(330)은 각각의 중심부에 샤프트축(230)이 위치하며, 상기 중심부는 상기 샤프트축(230)이 반경 방향으로 지지되도록 저널 베어링 면들(322, 331)이 위치한다. 또한 상기 저널 베어링면들(322, 331)에 수직인 면, 즉 흡입 공간(S)과 토출 공간(D)을 이루는 면에는 상기 샤프트축(230)과 롤러(340) 및 베인(350)을 샤프트축(230)의 축 방향으로 지지하도록 스러스트 면들(323, 332)이 위치한다. 따라서 상기 롤러(340)의 양 측면과 함께 상기 베인(350)의 양 측면은 상기 상부 베어링(320) 및 상기 하부 베어링(330)과 간극(또는 클리어런스)를 가지고 접하게 된다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 로터리 압축기는 다음과 같이 동작된다.
전동부(200)의 고정자(210)에 전원이 인가되면, 고정자(210)와 회전자(220) 사이에 형성된 자기장에 따라 발생하는 힘에 의해 회전자(220)가 회전되며 회전자(220)의 중심을 관통하는 샤프트축(230)에 회전력이 전달된다. 이에 따라 샤프트축(230)에 회전 가능하게 결합되어 상기 실린더(310)의 토출 공간(D)에 배치되는 롤러(340)가 상기 샤프트축(230)과 편심된 거리만큼 상기 롤러(340)는 선회운동을 한다.
상기 토출 공간(D)이 상기 롤러(340)의 선회운동에 의해 중심으로 이동되며 체적이 감소됨에 따라, 냉매가스는 흡입관(110)의 흡입구(311)를 통해 베인(350)에 의해 물리적으로 구분된 흡입 공간(S)으로 흡입된다. 상기 흡입된 냉매가스는 롤러(340)의 선회운동에 의해 압축되면서 토출홀(313)을 따라 이동한 후 토출구(321)를 통해 토출관(120)으로 토출된다.
도 5와 6은 각각 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면과 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 베인을 도시한 도면이다.
도 5와 6을 참조하여 본 발명에 따른 로터리 압축기의 압축부(300)의 세부 구성을 설명하면 하기와 같다.
상기 롤러(340)는 환형의 형상으로 내주면이 상기 샤프트축(230)에 편심 회전이 가능하도록 결합되며, 외주면 일측에 결합 홈부(341)가 형성된다.
상기 결합 홈부(341)는 원주부(341a)와 상기 원주부(341a) 양측에 대칭되어 형성되는 토출측 원호부(341b)와 흡입측 원호부(341c)를 포함한다.
보다 바람직하게 상기 결합 홈부(341)의 중심은 상기 원주부(341a)의 중심과 동일하게 형성된다.
또한, 상기 결합 홈부(341)는 원주부(341a)의 중심점이 상기 샤프트축(230)의 중심점과 동일한 직선 상에 위치하도록 형성된다.
즉, 상기 결합 홈부(341)의 중심이 압축실(314)의 중심축(Pc)에 위치하도록 형성되는 것이다.
또한, 상기 압축실(314)의 중심과 상기 샤프트축(230)의 중심은 동일 수직선 상에 위치한다.
상기 베인(350)은 상기 결합 홈부(341)에 결합되는 베인 힌지(351)와 압축부(300)를 토출 공간(D)과 흡입 공간(S)으로 구획하는 베인 바디(352)를 포함한다.
보다 구체적으로 상기 베인(350)은 상기 결합 홈부(341)의 원주부(341a)에 대응되는 베인 힌지(351)와 상기 베인 힌지(351)와 베인 바디(352)가 결합되는 부위에 토출 공간(D)과 흡입 공간(S) 측으로 각각 토출측 홈부(353)와 흡입측 홈부(354)가 형성된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 상기 베인 힌지(351)와 결합 홈부(341)와 접촉되는 면이 롤러(340)의 선회 운동에 따라 달라지도록 형성된다.
또한, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 상기 베인(350)은 상기 베인(350)의 중심축(Bc)을 기준으로 토출측 홈부(353)와 흡입측 홈부(354)의 형상이 비대칭으로 형성된다.
또한, 상기 베인(350)의 중심축(Bc)과 상기 압축실(314)의 중심축(Pc)은 어느 한 점에서 교차하도록 형성될 수도 있다.
보다 바람직하게 상기 베인(350)은 상기 베인(350)의 중심축(Bc)을 기준으로 토출측 홈부(353)의 체적이 흡입측 홈부(354)의 체적보다 크게 형성된다.
보다 구체적으로 상기 베인(350)은 상기 베인(350)의 중심축(Bc)을 기준으로 상기 토출측 홈부(353)의 중심 거리(B)가 상기 흡입측 홈부(354)의 중심 거리(C)보다 크게 형성된다.
한편, 상기 베인 힌지(351)의 지름은 상기 베인 바디(352) 양 측면 사이의 거리와 동일하게 형성된다.
또한, 상기 베인(350)의 중심축(Bc)은 상기 베인 힌지(351)의 중심을 지난다.
이에 따라, 상기 베인(350)은 토출측 홈부(353)의 중심과 베인 바디(352)의 토출 공간(D) 측면 사이의 거리가 상기 흡입측 홈부(354)의 중심과 베인 바디(352)의 흡입 공간(S) 측면 사이의 거리보다 작게 형성된다.
또한, 베인(350)은 상기 베인 힌지(351)의 중심을 지나며, 상기 베인(350)의 중심축(Bc)과 수직 교차하는 직선과 상기 토출측 홈부(353)의 중심 거리(D)가 상기 흡입측 홈부(354)의 중심 거리(E)보다 작게 형성된다.
보다 구체적으로 상기 베인(350)은 상기 베인(350)의 중심축(Bc)을 기준으로 상기 토출측 홈부(353)의 만곡부 거리(B)가 상기 흡입측 홈부(354)의 만곡부 거리(C)보다 크게 형성된다.
또한, 베인(350)은 상기 베인 힌지(351)의 중심을 지나며, 상기 베인(350)의 중심축(Bc)과 수직 교차하는 직선과 상기 토출측 홈부(353)의 만곡부 거리(D)가 상기 흡입측 홈부(354)의 만곡부 거리(E)보다 작게 형성된다.
이때, 토출측 홈부(353)의 중심 또는 만곡부는 토출측 홈부(353)에서 상기 베인(350)의 중심축(Bc)과 최 근거리에 형성되는 포인트를 의미하며, 흡입측 홈부(354)의 중심 또는 만곡부는 흡입축 홈부(354)에서 상기 베인(350)의 중심축(Bc)과 최 근거리에 형성되는 포인트를 의미한다.
또한, 상기 흡입측 홈부(354)의 중심을 기준으로 베인 힌지(351)와 베인 바디(352) 사이의 거리가 상기 토출측 홈부(353)의 중심을 기준으로 베인 힌지(351)와 베인 바디(352) 사이의 거리보다 크게 형성된다.
또한, 상기 베인 바디(352)의 양 측면을 기준으로 상기 흡입측 홈부(354)의 깊이가 상기 토출측 홈부(353)의 깊이보다 크게 형성된다.
또한, 상기 베인 슬롯(312)은 중심축이 상기 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 흡입 공간(S) 측으로 소정의 각도로 기울어져 형성된다.
즉, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이 상기 베인 슬롯(312)의 중심축은 상기 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 상기 압축실(314)의 중심축(Pc)과 대비하여 흡입 공간(S) 측으로 소정의 각도로 기울어져 형성되는 것이다.
이에 따라, 상기 결합 홈부(341)에 결합된 베인(350)이 상기 베인 슬롯(312)에 삽입되어 롤러(340)의 선회 운동에 따라 왕복 운동 시 토출측 홈부(353)의 형상에 따라 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 베인 슬롯(312)은 베인(350)의 토출측 홈부(353)에서 베인 바디(352) 측으로 연장되는 부분과 토출측 원호부(341b)의 간섭을 방지하기 위하여 중심축이 상기 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 흡입 공간(S) 측으로 2~10°기울어지도록 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 베인 슬롯(312)의 중심축은 베인(350)의 중심축(Bc)과 동일하게 형성된다.
이에 따라, 상기 베인(350)의 중심축(Bc)과 상기 압축실(314)의 중심축(Pc)은 상기 결합 홈부(341)의 중심점에서 교차하며, 베인(350)의 중심축(Bc)과 상기 압축실(314)의 중심축(Pc)이 이루는 각은 2~10°이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 롤러(340)의 선회 운동의 중심축과 상기 베인(350)의 중심축(Bc)이 일치되어 롤러(340)의 선회 운동에 따라 베인(350)에 가해지는 회전력 부하를 감소시킬 수 있다.
도 7은 종래의 결합형 로터리 압축기와 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 사체적을 비교한 도면이다.
로터리 압축기에 있어서, 사체적(Dead Volume)이라 함은 토출 공간(D) 측으로 베인(350)과 롤러(340) 및 베인 슬롯(312) 사이에 형성되는 공간이다.
이러한, 사체적은 베인(350)이 실린더(310)의 외주면 측으로 최대한 이동한 상태. 즉, 베인(350)의 상사점인 상태에서 냉매가스가 잔류하여 롤러(340)의 선회 운동에 따라 흡입 공간(S)으로 유입되면서 냉력 손실을 유발하는 원인이 된다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 로터리 압축기의 베인(350)은 토출측 홈부(353)와 흡입측 홈부(354)의 형상이 비대칭으로 형성되어 상기한 바와 같은 사체적을 줄일 수 있다.
구체적으로 상기 베인(350)이 실린더(310)의 외주면 측으로 최대한 이동한 상태. 즉, 베인(350)의 상사점에서 토출측 홈부(353)와 토출측 원호부(341b) 및 실린더(310) 사이에 형성되는 공간의 체적이 흡입측 홈부(354)와 흡입측 원호부(341c) 및 실린더(310) 사이에 형성되는 공간의 체적보다 작게 형성된다.
이에 따라, 베인(350)의 상사점에서 토출측 홈부(353)와 토출측 원호부(341b) 및 베인 슬롯(312) 사이에 형성된 공간의 체적이 종래의 대칭형 베인을 구비한 로터리 압축기와 대비하여 크게 줄어든다.
보다 바람직하게 상기 베인(350)이 상사점일 때, 토출측 홈부(353)와 토출측 원호부(341b) 및 실린더(310) 사이에 형성되는 공간의 체적은 흡입측 홈부(354)와 흡입측 원호부(341c) 및 실린더(310) 사이에 형성되는 공간의 체적의 30~80%로 형성된다.
이에 따라, 종래의 결합형 로터리 압축기의 사체적이 100%라 하면, 본 발명에 따른 로터리 압축기의 사체적은 상기한 바와 같은 토출측 홈부(353) 형상에 의하여 종래의 로터리 압축기의 사체적과 비교하여 20~70%가 줄어들 수 있다.
또한, 상기 실린더(310)는 흡입 공간(S) 일측에 형성되는 흡입구(311)와 토출 공간(D) 일측에 형성되는 토출홀(313)을 포함한다.
보다 바람직하게 상기 토출홀(313)은 상기 실린더(310)는 상기 베인(350)이 상사점일 때, 토출측 홈부(353)와 토출측 원호부(341b) 및 실린더(310) 사이에 형성되는 공간에 연통되도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 압축실(314) 내에서 냉매가 최대한 압축이 이루어진 상태에서 토출시켜 로터리 압축기의 냉방능력을 보다 향상시킬 수 있다.
도 8은 종래의 결합형 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
보다 상세하게 도 8은 베인 슬롯(312)의 중심축이 샤프트축(230)의 중심과 결합 홈부(341)의 중심을 지나는 직선 상에 위치하는 종래의 로터리 압축기의 압축부를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 이러한 종래의 로터리 압축기는 베인(350)의 선단. 즉, 베인 힌지(351) 측에 작용하는 힘(Fr)이 상기 베인(350)의 선단 측에서 후단 측으로 작용하는 힘(F1)과 상기 베인(350)의 선단 측에서 롤러(340)의 회전 방향 측으로 작용하는 힘(F2)으로 분산되는 경우 베인(350) 선단에 전단 방향의 힘이 가해진다.
한편, 도 9를 참조하면 본 발명에 따른 로터리 압축기는 베인 슬롯(312)의 중심축이 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 샤프트축(230)의 중심과 상기 결합 홈부(341)을 지나는 직선과 대비하여 흡입 공간(S) 측으로 소정의 각도로 기울어져 형성되어 베인(350)의 선단 측에 작용하는 힘(Fr)은 이 상기 베인(350)의 선단 측에서 후단 측으로 작용하는 힘(F1)만 존재하므로 베인(350) 선단에 전단 방향의 힘이 가해지지 않도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 토출측 홈부(353)와 흡입측 홈부(354)의 형상이 비대칭으로 형성된 베인(350)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 10은 결합형 압축기에 있어서 사체적이 각각 100%, 30%인 경우 샤프트축의 회전 속도에 따른 냉방능력을 비교한 그래프이고, 도 11은 결합형 압축기에 있어서 사체적 변화에 따른 냉방능력의 변화를 도시한 그래프이다.
이때, 상기 냉방능력(BTU/h, British Thermal Unit Per Hour)은 롤러의 자전이 가능한 비결합형 로터리 압축기의 냉방효율을 100%로 가정하였을 때, 상대적인 값이다.
도 10을 참조하면, 사체적이 100%인 종래의 결합형 로터리 압축기는 크랭트축의 회전속도가(rps, Revolutions Per Second) 저속에서는 비결합형 로터리 압축기보다 2~4% 향상된 냉방효율을 보이는데 반하여, 사체적이 30%인 본 발명에 따른 로터리 압축기는 4~6% 향상된 냉방효율을 나타냈다.
또한, 도 11을 참조하면, 결합형 로터리 압축기에 있어서, 사체적이 100%에서 30%로 줄어듦에 따라 냉방능력이 지속적으로 향상됨을 알 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 토출측 홈부(353)와 흡입측 홈부(354)의 형상이 비대칭으로 형성된 베인(350)에 의하여 종래의 로터리 압축기와 대비하여 샤프트축(230)이 저속으로 회전하는 경우 냉방능력이 1.8% 향상됨을 알 수 있었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 토출 공간(D) 측의 사체적을 감소시킬 수 있는 형상에 의하여 과압축에 의한 냉방능력 손실을 최소화하여 로터리 압축기의 냉방능력을 향상시킬 수 있다.
도 12는 종래의 결합형 로터리 압축기와 본 발명에 따른 로터리 압축기의 베인 슬롯의 기울어짐에 따른 압축실(314) 내에서 베인에 가해지는 반력을 비교한 그래프이다.
도 12를 참조하면, 베인 슬롯(312)의 중심축이 샤프트축(230)의 중심과 결합 홈부(341)의 중심을 지나는 직선 상에 위치하는 종래의 로터리 압축기에 있어서, 압축실(314) 내에서 베인(350)에 가해지는 최대 반력이 272N으로 나타났다.
한편, 베인 슬롯(312)의 중심축이 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 샤프트축(230)의 중심과 상기 결합 홈부(341)을 지나는 직선과 대비하여 흡입 공간(S) 측으로 6°로 기울어져 형성된 본 발명에 따른 로터리 압축기에 있어서, 압축실(314) 내에서 베인(350)에 가해지는 최대 반력이 264N으로 나타났다.
즉, 베인 슬롯(312)이 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 흡입 공간(S) 측으로 6°로 기울어져 형성된 본 발명에 따른 로터리 압축기는 상기한 바와 같이 기울어져 형성된 베인 슬롯(312)을 제외한 구성이 동일하게 형성된 종래의 로터리 압축기와 대비하여 압축실(314) 내에서 베인(350)에 가해지는 최대 반력이 3% 감소하는 것을 알 수 있었다.
이에 따라, 본 발명에 따른 로터리 압축기는 베인 슬롯(312)이 결합 홈부(341)의 중심을 기준으로 흡입 공간(S) 측으로 기울어져 형성되어 베인(350)에 작용하는 부하를 최소화함으로써 베인(350)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
Bc. 베인의 중심축
Pc. 압축실의 중심축
100. 밀폐용기
110. 흡입관
120. 토출관
200. 전동부
210. 고정자
220. 회전자
230. 샤프트축
300. 압축부
310. 실린더
311. 흡입구
312. 베인 슬롯
313. 토출홀
314. 압축실
320. 상부 베어링
321. 토출구
322. 저널 베어링 면
323. 스러스트 면
330. 하부 베어링
331. 저널 베어링면
332. 스러스트 면
340. 롤러
341. 결합 홈부
341a. 원주부
341b. 토출측 원호부
341c. 흡입측 원호부
350. 베인
351. 베인 힌지
352. 베인 바디
353. 토출측 홈부
354. 흡입측 홈부
D. 토출 공간
S. 흡입 공간

Claims (23)

  1. 일측에 베인 슬롯이 형성되고 중심부에 압축실을 포함하는 실린더;
    편심부가 형성되어 상기 압축실의 중심을 수직으로 관통하는 샤프트축;
    외주면 일 측에 결합 홈부가 형성되어 상기 샤프트축의 회전에 의하여 상기 압축실 내에서 선회 운동하는 환형 형상의 롤러;
    상기 결합 홈부에 결합되는 원호 형상의 베인 힌지와 상기 베인 슬롯에 일측이 삽입되는 베인 바디가 형성되어 상기 압축실에 토출 공간과 흡입 공간을 구획하는 베인;을 포함하고,
    상기 결합 홈부의 중심점은 상기 압축실의 중심축과 일직선 상에 위치하며,
    상기 베인 힌지와 베인 바디 사이에 상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출 공간 측에 형성되는 토출측 홈부의 형상과 상기 흡입 공간 측에 형성되는 흡입측 홈부의 형상이 비대칭인 로터리 압축기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축실의 중심과 상기 샤프트축의 중심은 동일 수직선 상에 위치하는 로터리 압축기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결합 홈부는 원주부의 중심과 상기 압축실의 중심축을 지나는 직선을 기준으로 대칭되어 형성되는 토출측 원호부와 흡입측 원호부를 포함하는 로터리 압축기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 결합 홈부의 중심은 상기 원주부의 중심과 동일한 로터리 압축기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 베인 슬롯은 상기 결합 홈부의 중심을 기준으로 흡입 공간 측으로 기울어져 형성되는 로터리 압축기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 베인 슬롯의 중심축과 상기 압축실의 중심축은 상기 결합 홈부의 중심점에서 교차하는 로터리 압축기.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 베인 슬롯의 중심축과 상기 압축실의 중심축이 이루는 각이 2~10°인 로터리 압축기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 베인 슬롯의 중심축은 베인의 중심축과 동일한 로터리 압축기.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 베인 힌지의 중심점은 상기 결합 홈부의 중심점과 동일한 로터리 압축기.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 베인 힌지의 지름은 상기 베인 바디의 양 측면 사이 거리와 동일한 로터리 압축기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 베인의 중심축은 상기 베인 힌지의 중심을 지나는 로터리 압축기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 베인의 중심축과 상기 압축실의 중심축은 어느 한 점에서 교차하는 로터리 압축기.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 베인의 중심축을 기준으로 토출측 홈부의 체적이 흡입측 홈부의 체적보다 크게 형성되는 로터리 압축기.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출측 홈부의 중심 거리가 상기 흡입측 홈부의 중심 거리보다 크게 형성되는 로터리 압축기.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 베인 힌지의 중심을 지나며, 상기 베인의 중심축과 수직 교차하는 직선을 기준으로 토출측 홈부의 중심 거리가 상기 흡입측 홈부의 중심의 거리보다 작게 형성되는 로터리 압축기.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 베인의 중심축을 기준으로 상기 토출측 홈부의 만곡부 거리가 상기 상기 흡입측 홈부의 만곡부 거리보다 크게 형성되는 로터리 압축기.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 베인 힌지의 중심을 지나며, 상기 베인의 중심축과 수직 교차하는 직선을 기준으로 토출측 홈부의 만곡부 거리가 상기 흡입측 홈부의 만곡부 거리보다 작게 형성되는 로터리 압축기.
  18. 제 3항에 있어서,
    상기 베인이 상사점일 때, 토출측 홈부와 토출측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간의 체적이 흡입측 홈부와 흡입측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간의 체적보다 작게 형성되는 로터리 압축기.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 베인이 상사점일 때, 토출측 홈부와 토출측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간의 체적은 흡입측 홈부와 흡입측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간의 체적의 30~80%인 로터리 압축기.
  20. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더는 흡입 공간 일측에 형성되는 흡입구와 토출 공간 일측에 형성되는 토출홀을 포함하는 로터리 압축기.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 베인이 상사점일 때, 토출측 홈부와 토출측 원호부 및 실린더 사이에 형성되는 공간에 연통되도록 형성되는 토출홀을 포함하는 로터리 압축기.
  22. 제 13항에 있어서,
    상기 흡입측 홈부의 중심을 기준으로 베인 힌지와 베인 바디 사이의 거리가 상기 토출측 홈부의 중심을 기준으로 베인 힌지와 베인 바디 사이의 거리보다 크게 형성되는 로터리 압축기.
  23. 제 13항에 있어서,
    상기 베인 바디의 양측면을 기준으로 상기 흡입측 홈부의 깊이가 상기 토출측 홈부의 깊이보다 크게 형성되는 로터리 압축기.

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