KR20210012231A - 로터리 압축기 - Google Patents

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Abstract

로터리 압축기에 대한 발명이 개시된다. 개시된 발명은: 편심부와 마주보는 롤러의 내주면으로부터 원심방향으로 오목하게 형성되는 오일홈이 롤러에 마련되고, 오일홈은, 흡입구 및 토출구와 축방향으로 중첩되지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

로터리 압축기{ROTARY COMPPRESOR}
본 발명은 압축기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로터리 압축기에 관한 것이다.
일반적으로 압축기는 냉매를 압축하는 장치를 말한다. 압축기는 왕복동식, 원심식, 베인식, 스크롤식 등으로 구분할 수 있다.
이 중 로터리 압축기는, 롤러(또는 "롤링 피스톤"이라 한다)와 베인을 이용하여 냉매를 압축하는 방식을 이용하는 압축기이다. 이러한 로터리 압축기에서, 롤러는 실린더의 압축공간에서 편심 회전 운동한다. 그리고 베인은, 롤러의 외주면에 접하여 상기 실린더의 압축공간을 흡입실과 토출실로 구획한다.
이러한 구성의 로터리 압축기에 따르면, 롤러가 실린더에서 선회 운동을 함에 따라, 실린더에 삽입 장착된 베인이 직선 운동을 하게 된다. 이에 따라 실린더 내부에 형성된 흡입실과 토출실에서는, 체적이 가변되는 압축실이 형성되면서 냉매의 흡입, 압축 및 토출이 이루어지게 된다.
상기한 구성을 갖는 종래의 로터리 압축기에서는, 상기 롤러와 상기 베인 사이로 냉매가 누설되어 압축기의 성능이 저하되는 문제가 있었다.
최근 들어, 롤러와 베인 사이의 누설을 해결하고자 베인이 롤러에 삽입되어 결합된 구조의 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기가 소개되었다.
도 1은 종래의 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기의 일례를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 로터리 압축기의 압축 기구부를 나타내는 횡단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 로터리 압축기의 주요부 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래 로터리 압축기에서는 밀폐용기(1)에 전동기부와 전동기부에 의해 구동되는 압축 기구부가 수납되어 있고, 밀폐용기(1)의 바닥부에 오일이 고인다.
압축 기구부는, 실린더(5)와, 이 실린더(5)의 양단면에 체결되어 실린더실(6)을 형성하는 상부베어링(7) 및 하부베어링(8)과, 이 상부베어링(7)과 하부베어링(8) 사이에 위치하는 샤프트(4)의 편심부(4A)에 끼워 맞추어진 피스톤(9; 또는 롤러, 이하 "롤러"라 한다)과, 실린더(5)의 반경 방향으로 형성되는 베인 홈(10) 내를 왕복 운동하는 베인(11)을 포함한다.
그리고 베인(11)의 선단부(11A)를 롤러(9)에 형성된 감합부(9A)에 요동 가능하게 접속되고, 이에 따라 실린더실(6) 내에 베인(11)에 의해 구분된 흡입실(12)과 압축실(13)이 형성될 수 있다.
상기와 같은 구성의 로터리 압축기에 따르면, 샤프트(4)의 회전에 따른 롤러(9)의 요동 운동과 베인(11)의 왕복운동에 의해 흡입실(12)와 압축실(13)의 용적이 변화된다. 이 용적 변화에 의해 흡입포트(17)에서 흡입실(12)로 흡입된 냉매가 압축되어 고온 고압이 된다. 이처럼 압축된 냉매는, 압축실(13)에서 토출포트(18)와 토출 소음기실(19)를 거친 후, 밀폐용기(1) 내에 토출된다. 이와 함께, 샤프트(4)에 마련된 오일펌프에 의해 오일이 흡인되고, 흡입된 오일이 샤프트(4)에 마련된 중공을 통해, 압축 기구부 내의 슬라이드면, 예를 들면, 샤프트(4)의 편심부(4A)와 롤러(9)의 내주면(9B) 사이, 롤러(9)의 외주면과 실린더(5)의 내주면 사이에 급유되어 윤활 작용을 수행할 수 있다.
그러나 종래 로터리 압축기에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 샤프트(4)가 회전할 때, 샤프트(4)의 편심부(4A)와 롤러(9)의 내주면(9B) 사이에 개재하는 오일의 점성으로 인해, 롤러(9)에 대해, 샤프트(4)의 회전 방향으로 샤프트(4)의 편심부(4A) 중심 둘레의 회전 모멘트가 작용한다.
이 회전 모멘트는 베인(11)의 선단부(11A)에 의해 지지되므로, 이 지지력의 반력으로서 베인(11)과 베인 홈(10)의 접점 201 및 접점 202에 베인 홈(10)과의 마찰 저항력이 작용하게 된다. 이처럼 작용하는 마찰 저항력으로 인해, 베인(11)이 베인 홈(11) 내를 왕복 운동할 때 발생하는 접동 손실이 커지는 문제가 발생된다.
일본 공개특허 제2011-127430호(발명의 명칭: 회전식 압축기)에는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 구성으로서, 롤러의 내주면에 협소부를 형성한 구성이 개시되어 있다.
도 4는 종래 회전식 압축기의 압축 기구부를 나타내는 횡단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 롤러를 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 종래 회전식 압축기에 구비되는 롤러(9)의 내주면은 광대슬라이드부(9C)와 협소슬라이드부(9D)를 포함한다.
광대슬라이드부(9C)는, 샤프트(4)의 편심부(4A)와 대향하는 슬라이드면으로서, 롤러(9)의 높이방향으로 비교적 폭이 큰 슬라이드면이다. 그리고 협소슬라이드부(9D)는, 샤프트(4)의 편심부(4A)와 대향하는 슬라이드면으로서, 광대슬라이드부(9C)보다 롤러(9)의 높이방향으로 폭이 작은 슬라이드면이다.
협소슬라이드부(9D)에서는, 롤러(9)의 내주면과 샤프트(4) 간의 접촉면적이 광대슬라이드부(9C)에서보다 좁게 형성된다. 따라서 협소슬라이드부(9D)에서는, 샤프트(4)의 외주면과 롤러(9)의 내주면 간의 접촉 면적이 축소되고, 이 접촉면적에 비례하는 오일의 점성력이 감소될 수 있게 된다.
이에 따라, 샤프트(4)의 회전방향으로 작용하는 샤프트(4)의 편심부(4A)를 중심으로 한 둘레방향의 회전 모멘트가 감소될 수 있게 된다. 이로써 베인(11)이 베인 홈(10) 내를 왕복 운동할 때 발생되는 베인(11)과 베인 홈(10) 간의 마찰 저항력이 경감되고, 베인(11)이 베인 홈(10) 내를 왕복 운동할 때 발생하는 접동 손실이 감소될 수 있게 된다.
그러나 상기와 같은 종래 회전식 압축기에 따르면, 다음과 같은 문제점이 발생된다.
첫째, 일부 타입의 로터리 압축기에서 누설이 발생될 수 있다.
복수개의 압축 기구부가 상하방향으로 연결된 타입의 로터리 압축기에서는, 압축 기구부와 압축 기구부 사이에 중판플레이트가 배치된다. 각 압축 기구부 내부는, 중간플레이트에 의해 구분될 수 있다.
이러한 타입의 로터리 압축기에서, 냉매는 중간플레이트 내부를 통해 각 압축 기구부의 내부로 유입될 수 있다. 즉 흡입포트가 중간플레이트에 마련되고, 흡입포트를 통해 유입되는 냉매가 중간플레이트에 형성된 흡입구를 통해 각 압축기구부의 흡입실로 흡입될 수 있다.
이때 중간플레이트에 형성된 흡입구는, 상하방향으로 롤러(9)와 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 실린더(5) 내부를 선회하는 롤러(9)가 흡입구와 가장 가까운 위치에 있을 때, 롤러(9)의 적어도 일부분과 흡입구가 상하방향으로 중첩되는 위치에 있을 수 있다.
이때 롤러(9)의 협소슬라이드부(9D)의 위치가 흡입구의 위치와 상하방향으로 중첩될 수 있고, 이 경우 흡입구를 통해 흡입실 내부로 유입된 냉매가 협소슬라이드부(9D) 내부에 형성된 공간을 통해 흡입실 외부로 누설되는 현상이 발생될 수 있다.
종래 회전식 압축기에 따르면, 협소슬라이드부(9D)는 롤러(9) 상에서 흡입실(12) 측의 슬라이드면에 치우친 영역, 좀 더 구체적으로는 샤프트(4)의 회전방향으로 30 내지 180° 범위에 형성된다.
따라서 협소슬라이드부(9D)와 흡입구가 상하방향으로 중첩될 가능성이 높고, 그로 인해 협소슬라이드부(9D)를 통한 냉매의 누설이 발생될 가능성이 높아지게 된다.
둘째, 롤러(9)의 내주면 중 샤프트(4)의 편심부(4A)와 접촉되지 않는 부분이 발생되고, 이에 따라 롤러(9)가 받는 단위면적당 면압이 증가하게 된다.
협소슬라이드부(9D)에서는, 롤러(9)의 내주면과 샤프트(4) 간의 접촉이 발생하지 않는다. 따라서 샤프트(4)의 편심부(4A)와 접촉하는 롤러(9) 내주면의 면적이 감소되고, 이에 따라 롤러(9)가 받는 단위면적당 면압이 증가하게 되는 것이다.
셋째, 샤프트(4)의 편심부(4A)로부터 부하를 가장 많이 받는 압축실(13) 측에서 샤프트(4)와 롤러(9) 간의 윤활이 취약해지게 되는 문제점이 발생된다.
종래 회전식 압축기에 따르면, 협소슬라이드부(9D)는 롤러(9) 상에서 흡입실(12) 측의 슬라이드면에 치우친 영역(샤프트의 회전방향으로 30 내지 180° 범위)에 형성된다.
이처럼 롤러(9) 상에서 협소슬라이드부(9D)가 형성된 영역에서는, 오일 확보에 필요한 공간이 충분히 마련될 수 있게 되므로, 샤프트(4)와 롤러(9) 간의 윤활이 원활하게 이루어질 수 있다.
그러나 롤러(9) 상에서 협소슬라이드부(9D)가 형성되지 않은 영역, 즉 롤러(9) 상에서 압축실(13) 측의 슬라이드면에 치우친 영역에서는, 오일 확보에 필요한 공간이 충분히 마련되기 어렵기 때문에, 샤프트(4)와 롤러(9) 간의 윤활이 상대적으로 취약해지게 된다.
넷째, 롤러(9)의 조립 작업의 난이도가 상승되고, 조립 실수가 발생될 가능성이 높아지는 문제점이 발생된다.
종래 회전식 압축기에 따르면, 협소슬라이드부(9D)는 롤러(9)의 내주면 중 상부 일부분이 오목하게 패인 형상으로 형성된다. 즉 롤러(9)는, 상부 형상과 하부 형상이 다른 형태로 형성된다.
이에 따라 롤러(9)의 상부와 하부를 구분하며 롤러(9)의 조립 작업이 이루어져야 하므로, 롤러(9)의 조립 작업의 난이도가 상승될 뿐 아니라, 그로 인해 조립 실수가 발생될 가능성이 높아지게 된다.
일본 공개특허공보 제2011-127430호(공개일자 2011.06.30)
본 발명은 샤프트와 롤러 간의 윤활 성능이 향상되도록 하면서도 롤러를 통한 냉매의 누설이 발생되는 것을 억제할 수 있는 로터리 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은, 샤프트와 롤러 간의 윤활 성능이 향상되면서도 롤러가 받는 단위면적당 면압이 증가되지 않도록 구조가 개선된 로터리 압축기를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 샤프트의 편심부로부터 부하를 많이 받는 곳에 대한 윤활도 효과적으로 이루어질 수 있도록 구조가 개선된 로터리 압축기를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은, 롤러의 조립이 쉽고 롤러의 조립 실수 발생 가능성이 감소되도록 구조가 개선된 로터리 압축기를 제공하는데 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 실시 형태인 로터리 압축기는, 편심부와 마주보는 롤러의 내주면으로부터 원심방향으로 오목하게 형성되는 오일홈이 롤러에 마련되고, 오일홈은, 흡입구 및 토출구와 축방향으로 중첩되지 않는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 통해, 샤프트와 롤러 사이로의 오일 공급이 원활하게 이루어지도록 하면서도 오일홈을 통한 냉매 누설의 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 형태는, 편심부와 마주보는 롤러의 내주면에 오일홈이 오목하게 형성되고, 이 오일홈은 흡입실 측의 슬라이드면에 치우친 영역뿐 아니라 압축실 측의 슬라이드면에 치우친 영역에도 위치하는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 통해, 압축부 내부 구성에 대한 윤활 성능이 더욱 향상되고, 압축부 내부에서의 마찰 손실이 더욱 효과적으로 감소될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 형태는, 편심부와 마주보는 롤러의 내주면에 오일홈이 오목하게 형성되고, 이 오일홈은 흡입구과 연결되지 않는 영역에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 형태는, 편심부와 마주보는 롤러의 내주면에 오일홈이 오목하게 형성되고, 이 오일홈은 흡입구와 연결될 수 있는 영역만을 제외한 롤러의 둘레방향 전체 영역에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 다른 형태는, 편심부와 마주보는 롤러의 내주면에 오일홈이 오목하게 형성되고, 이 오일홈은 롤러의 축방향 일측과 타측에 각각 배치되는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 통해, 오일홈이 롤러 상에서 최대한 긴 길이로, 그리고 최대한 많은 개수로 제공될 수 있도록 하고, 이를 통해 롤러의 무게가 저감될 수 있다.
또한 본 발명의 다른 형태는, 롤러의 축방향 일측 형상과 롤러의 축방향 타측 형상이 동일한 것을 특징으로 한다.
이러한 구성을 통해, 롤러가 상하방향에 따른 방향 구분이 필요 없게 되는 특징을 갖게 되고, 이로써 롤러의 조립이 좀 더 용이하게 이루어질 수 있게 된다.
본 발명의 일 측면에 따른 로터리 압축기는: 압축공간을 포함하는 실린더와; 상기 압축공간 내에서 냉매를 압축하는 환형 형상의 롤러와; 상기 롤러와 연결되고, 적어도 일부분이 상기 실린더에 형성된 베인슬롯에 직선 운동 가능하게 삽입되어 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 구분하는 베인과; 상기 롤러의 반경방향 내측에 회전 가능하게 결합되고, 편심 회전하며 상기 롤러를 선회시키는 편심부와; 상기 편심부의 반경방향 내측에 결합되어 상기 편심부를 편심 회전시키는 샤프트와; 상기 실린더의 축방향 일측에 배치되고, 상기 흡입실과 연결되는 흡입구가 마련되는 제1부재; 및 상기 실린더의 축방향 타측에 배치되고, 상기 압축실과 연결되는 토출구가 마련되는 제2부재;를 포함하고, 상기 롤러에는, 상기 편심부와 마주보는 상기 롤러의 내주면으로부터 원심방향으로 오목하게 형성되는 오일홈이 마련되고, 상기 오일홈은, 상기 흡입구 및 상기 토출구와 축방향으로 중첩되지 않는 위치에 배치된다.
또한 상기 샤프트의 회전중심과 상기 베인을 잇는 제1가상선을 중심으로, 상기 샤프트의 회전중심과 상기 흡입구 중 상기 제1가상선과 가장 먼 지점을 잇는 제2가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각이 제1사이각이며, 상기 샤프트의 회전중심과 상기 토출구 중 상기 제1가상선과 가장 먼 지점을 잇는 제3가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각이 제2사이각일 때, 상기 샤프트의 회전중심과 상기 오일홈의 둘레방향 일단을 잇는 제4가상선 및 상기 샤프트의 회전중심과 상기 오일홈의 둘레방향 타단을 잇는 제5가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각은, 상기 제1사이각과 상기 제2사이각 사이의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1사이각이 0 내지 50°이며, 상기 제2사이각이 310 내지 360도°이고, 상기 제4가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각 및 상기 제5가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각은, 각각 50 내지 310° 사이의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1사이각이 α°이며, 상기 제2사이각이
Figure pat00001
°일 때, α≥360-
Figure pat00002
이면, 상기 제1가상선과 상기 제4가상선 간의 사이각은, α° 이상이고 360°- α° 보다 작은 사이각으로 설정되며, 상기 제1가상선과 상기 제5가상선 간의 사이각은, 상기 제1가상선과 상기 제4가상선 간의 사이각보다 크고 360°- α° 이하인 사이각으로 설정되는 것이 바람직하다.
또한 상기 오일홈은, 상기 α° 내지 360°- α° 범위 내에서 둘레방향을 따라 연속적으로 연결되게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 오일홈은, 상기 제1가상선을 중심으로 대칭되게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 오일홈은, 상기 롤러의 축방향 단부로부터 상기 롤러의 축방향 중앙을 향해 오목하게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 오일홈은, 상기 롤러의 축방향 단부로부터 소정 깊이 함몰되게 형성되되, 상기 편심축이 상기 오일홈의 축방향 외측으로 돌출되지 않는 깊이로 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 오일홈은, 상기 롤러의 축방향 일측 단부와 상기 롤러의 측방향 타측 단부에 각각 마련되는 것이 바람직하다.
또한 한 쌍의 상기 오일홈이 상기 롤러의 축방향 중앙을 중심으로 서로 대칭되게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 오일홈의 내부에는, 상기 제1부재와 상기 오일홈 또는 상기 제2부재와 상기 오일홈으로 둘러싸인 오일수용공간이 형성되고, 상기 오일수용공간은, 상기 롤러의 내주면과 상기 편심부의 외주면 사이의 틈과 연결되는 것이 바람직하다.
또한 상기 제1부재는, 상기 실린더의 축방향 일측을 덮는 중간플레이트이고, 상기 제2부재는, 상기 실린더의 축방향 타측을 덮는 베어링인 것이 바람직하다.
본 발명의 로터리 압축기에 따르면, 롤러에 형성된 오일홈을 통해 샤프트와 롤러 사이로의 오일 공급이 원활하게 이루어지도록 하면서도 이 오일홈이 흡입구 및 토출구와 연결되지 않게 함으로써, 샤프트와 롤러 간의 윤활 성능이 향상되도록 하면서도, 오일홈을 통한 냉매 누설의 발생이 효과적으로 억제될 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한 본 발명은, 편심축의 외주면 중 어느 부분도 롤러의 내주면 외측으로 돌출되지 않도록 롤러 상에 오일홈이 형성되도록 하고, 이를 통해 편심축의 외주면 전체가 롤러의 내주면과 맞물린 상태가 유지될 수 있도록 한다.
이를 통해 본 발명은, 편심부가 단위 면적 당 받는 면압이 효과적으로 감소될 수 있도록 함으로써, 로터리 압축기의 구조적 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 흡입구 배치 영역과 토출구 배치 영역에 해당되는 일부 영역만이 제외된 나머지 대부분의 영역에 걸쳐 오일홈이 형성되며, 이에 따라 오일 확보에 필요한 공간이 롤러의 대부분의 영역에 걸쳐 충분히 마련될 수 있게 된다.
이를 통해 본 발명은, 압축부 내부 구성에 대한 윤활 성능이 향상되고, 압축부 내부에서의 마찰 손실이 감소될 수 있게 되도록 함으로써 동작 신뢰성 및 동작 효율성이 더욱 향상된 로터리 압축기를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 롤러에는 한 쌍의 오일홈이 롤러의 축방향 중앙을 중심으로 서로 대칭되게 형성되고, 롤러는, 상하방향에 따른 방향 구분이 필요 없게 되는 특징을 갖게 된다.
이를 통해 본 발명은, 롤러에 오일홈이 마련되어 있음에도 불구하고, 롤러의 조립이 용이하게 이루어질 수 있게 될 뿐 아니라, 롤러의 조립 과정에서 조립 실수가 발생될 우려가 현저히 낮아지는 효과가 제공될 수 있게 된다.
또한 본 발명은, 오일홈은, 롤러 상에서 최대한 긴 길이로, 그리고 최대한 많은 개수로 제공될 수 있도록 하고, 이를 통해 롤러의 무게가 저감될 수 있도록 함으로써, 더욱 효율이 상승된 로터리 압축기를 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 결합형 베인-롤러 구조의 로터리 압축기의 일례를 나타낸 종단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 로터리 압축기의 압축 기구부를 나타내는 횡단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 로터리 압축기의 주요부 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 종래 회전식 압축기의 압축 기구부를 나타내는 횡단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 롤러를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 압축기의 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 로터리 압축기의 압축부를 분리하여 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 압축부의 일부 구성을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 "Ⅸ" 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 10은 도 9의 "Ⅹ-Ⅹ" 선에 따른 단면도이다.
도 11은 도 8에 도시된 압축부의 일부 구성을 도시한 횡단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 오일홈의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 로터리 압축기의 실시예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
[로터리 압축기의 전반적인 구조]
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터리 압축기의 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 로터리 압축기의 압축부를 분리하여 도시한 단면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 압축부의 일부 구성을 분리하여 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 로터리 압축기(100)는 케이스(110)와 구동부(120)와 압축부(130)를 포함할 수 있다.
케이스(110)는, 로터리 압축기(100)의 외관을 형성한다. 이러한 케이스(110)에는, 구동부(120)와 압축부(130)를 수용하기 위한 내부공간이 형성될 수 있다. 일례로서, 케이스(110)는, 축방향을 따라 연장되는 길이를 갖는 원통 형상으로 형성될 수 있다.
케이스(110)는, 상부쉘(111)과 중간쉘(113) 및 하부쉘(115)를 포함하여 이루어질 수 있다. 중간쉘(113)의 내부에는, 구동부(120) 및 압축부(130)가 고정될 수 있다. 그리고 중간쉘(113)의 상부와 하부에는, 각각 상부쉘(111) 및 하부쉘(115)이 배치될 수 있다. 이러한 상부쉘(111) 및 하부쉘(115)은, 케이스(110) 내부에 배치되는 구성 요소들의 외부 노출을 제한하게 된다.
구동부(120)는, 케이스(110)의 내부공간에 수용되며, 압축부(130)의 상부에 배치될 수 있다. 이러한 구동부(120)는, 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공하는 역할을 하며, 모터(121)와 샤프트(125)를 포함하여 이루어질 수 있다.
모터(121)는, 스테이터(122) 및 로터(123)를 포함하여 이루어질 수 있다. 스테이터(122)는, 케이스(110)의 내부, 좀 더 구체적으로는 중간쉘(113)의 내부에 고정될 수 있다. 로터(123)는, 스테이터(122)와 이격되게 배치되되, 스테이터(122)의 반경방향 내측에 배치될 수 있다.
스테이터(122)에 전원이 인가되면, 스테이터(122)와 로터(123) 사이에 형성된 자기장에 따라 발생되는 힘에 의해 로터(123)가 회전된다. 이처럼 회전되는 로터(123)는, 로터(123)의 중심을 관통하는 샤프트(125)에 회전력을 전달하게 된다.
샤프트(125)는, 로터(123)에 의해 회전되며, 압축부(130)의 후술할 롤러(134)와 연결될 수 있다. 이러한 샤프트(125)는, 롤러(134)의 선회에 필요한 동력을 롤러(134)에 제공함으로써, 냉매를 압축하기 위한 동력을 제공할 수 있다.
아울러 중간쉘(113)의 일측에는 흡입포트(117)가 마련될 수 있고, 상부쉘(111)의 일측에는 토출배관(119)이 연결될 수 있다. 흡입포트(117)는 증발기와 연결된 흡입배관(118)과 연결될 수 있고, 토출배관(119)은 응축기와 연결될 수 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 압축부(130)는 실린더(131,132)와 제1베어링(136)과 제2베어링(137)과 롤러(134) 및 베인(135)을 포함하여 이루어질 수 있다.
실린더(131,132)는, 환형으로 형성된다. 이러한 실린더(131,132)의 내부에는, 냉매의 압축이 이루어지는 압축공간이 형성될 수 있다. 실린더(131,132)의 내부는, 축방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
본 실시예에서는, 압축부(130)가 두 개의 실린더(131,132)를 포함하여 이루어지는 것으로 예시된다. 이에 따르면, 압축부(130)는 제1실린더(131)와 제2실린더(132)를 포함할 수 있다. 제1실린더(131)와 제2실린더(132)는, 축방향으로 배열될 수 있다. 즉 제1실린더(131)는 제2실린더(132)의 축방향 일측(이하, "상부측"이라 한다)에 배치되고, 제2실린더(132)는 제1실린더(131)의 축방향 타측(이하, "하부측"이라 한다)에 배치될 수 있다.
제1실린더(131)의 상부에는 제1베어링(136)이 배치되고, 제1실린더(131)의 하부에는 제2실린더(132)가 배치될 수 있다. 이때 제1실린더(131)와 제2실린더(132) 사이에는, 중간플레이트(138)가 배치될 수 있다.
또한 제2실린더(132)의 상부에는 중간플레이트(138)가 배치되고, 제2실린더(132)의 하부에는 제2베어링(137)이 배치될 수 있다.
제1베어링(136)과 제2베어링(137)은, 각각 제1실린더(131)의 상부와 제2실린더(132)의 하부에 배치되며, 제1실린더(131)와 제2실린더(132)를 관통하는 샤프트(125)를 회전 가능하게 지지할 수 있다. 그리고 중간플레이트(138)는, 제1실린더(131)와 제2실린더(132) 사이에 배치되어 제1실린더(131) 내부의 공간과 제2실린더(132) 내부의 공간을 구획한다.
제1실린더(131)의 내부에 형성된 공간의 상부는 제1베어링(136)에 의해 밀폐되고, 제1실린더(131)의 내부에 형성된 공간의 하부는 중간플레이트(138)에 의해 밀폐될 수 있다. 이와 같이 제1베어링(136)과 중간플레이트(138)에 의해 밀폐된 제1실린더(131) 내부에 압축공간이 형성될 수 있다.
또한 제2실린더(132)의 내부에 형성된 공간의 상부는 중간플레이트(138)에 의해 밀폐되고, 제2실린더(132)의 내부에 형성된 공간의 하부는 제2베어링(137)에 의해 밀폐될 수 있다. 이와 같이 중간플레이트(138)와 제2베어링(137)에 의해 밀폐된 제2실린더(132) 내부에 압축공간이 형성될 수 있다.
각각의 실린더(131,132)의 압축공간에는, 롤러(134) 및 베인(135)이 각각 배치될 수 있다.
롤러(134)는, 샤프트(125)에 결합되되, 샤프트(125)로부터 편심되게 돌출된 편심부(126)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 롤러(134)는 환형 형상으로 형성될 수 있으며, 롤러(134)의 내주면에 편심부(126)가 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 롤러(134)는, 샤프트(125) 회전시 편심부(126)에 의해 선회할 수 있다. 이때 롤러(134)는, 실린더(131,132)의 내주면에 접촉하면서 실린더(131,132) 내부를 선회할 수 있다.
편심부(126)는, 샤프트(126)에 결합되되, 샤프트(126)의 반경방향 외측에 결합된다. 이러한 편심부(126)는, 샤프트(125)에 편심되게 결합되며, 롤러(134)의 반경방향 내측, 즉 롤러(134)의 내주면에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이와 같이 롤러(134)의 내주면에 결합된 편심부(126)는, 샤프트(125)에 의해 편심 회전하며 롤러(134)를 선회시킬 수 있다.
베인(135)은, 일측이 롤러(134)와 결합되며, 압축공간 내에서 흡입실과 압축실을 나눈다. 이러한 베인(135)은, 실린더(131,132)에 마련된 베인슬롯(133)에 삽입될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 베인슬롯(133)은 실린더(131,132)에 반경방향으로 관통되게 형성되어 실린더(131,132)의 내부에 직선방향의 통로를 형성한다. 베인(135)은, 이와 같이 형성된 베인슬롯(133)에 직선방향으로 왕복 운동할 수 있게 마련된다.
그리고 베인(135)의 일측에는 힌지헤드(1351)가 마련될 수 있으며, 이러한 힌지헤드(1351)는 롤러(134)의 외주면에 마련된 롤러홈(1341)에 결합될 수 있다. 힌지헤드(1351)는, 베인(135)으로부터 반경방향 일측으로 돌출되게 형성되되, 라운드진 형상으로 형성될 수 있다. 그리고 롤러홈(1341)은, 힌지헤드(1351)의 형상에 대응되는 라운드진 홈 형상으로 형성될 수 있다. 힌지헤드(1351)가 롤러홈(1341)에 끼움 결합됨으로써, 롤러(134)의 선회 운동 과정에서도 롤러(134)와 베인(135)의 결합이 유지될 수 있게 된다.
본 실시예에서, 베인(135)은 SUJ2 강 재질로 형성되는 것으로 예시된다. SUJ2 강은, 베어링 강으로 널리 사용되는 강으로서, 가공 및 정형이 용이하면서도 내충격성과 내마모도가 높은 특성을 갖는 재료이다. 이러한 SUJ2 강은, 압축공간 내부의 높은 압력을 받으며 반복적으로 이동하여야 하는 베인(135)을 제조하기 위한 재료로 적합하다고 할 것이다.
상기 압축부(130)에서는, 베인(135)을 기준으로, 베인(135)의 왼쪽 부분에 흡입실이 위치하고 베인(135)의 오른쪽 부분에 압축실이 위치한다. 즉 베인(135)은, 롤러(134)와 결합되어 실린더(131,132) 내부의 압축공간을 흡입실과 압축실로 분리할 수 있다.
이와 같이 분리된 흡입실에는 흡입구(1301)가 연결될 수 있고, 압축실에는 토출구(1303)가 연결될 수 있다. 흡입포트(117)를 통해 공급되는 냉매는, 흡입구(1301)를 통해 흡입실로 유입될 수 있다. 그리고 압축실에서 압축된 냉매는, 토출구(1303)를 통해 압축부(130) 외부로 토출된 후, 토출배관(119)을 통해 로터리 압축기(100)의 외부로 토출될 수 있다.
[샤프트를 통한 오일 공급 구조]
본 실시예에 따르면, 케이스(110)의 하부 영역에는 오일이 채워질 수 있다. 이 오일은, 샤프트(125) 내부의 중공(1251)을 통해 상부로 이동하며 압축부(130)로 전달될 수 있다.
샤프트(125)에는, 오일토출공(1253)이 마련될 수 있다. 오일토출공(1253)은 샤프트(125)에 반경방향으로 관통되게 형성될 수 있다. 오일토출공(1253)은, 압축부(130) 내부, 좀 더 구체적으로는 실린더(131,132) 내부의 압축공간 내에 배치될 수 있다.
이러한 오일토출공(1253)을 통해 토출되는 오일은, 편심부(126)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이, 롤러(134)의 외주면과 실린더(131,132)의 내주면 사이에 급유될 수 있다. 이처럼 오일토출공(1253)을 통해 급유된 오일은, 편심부(126)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 대한 윤활 작용, 및 롤러(134)의 외주면과 실린더(131,132)의 내주면 사이에 대한 윤활 작용을 수행할 수 있다.
일례로서, 샤프트(125)에는 오일펌프가 마련되고, 케이스(110)의 하부 영역에 채워진 오일이 오일펌프에 의해 샤프트(125) 내부의 중공(1251)으로 흡인될 수 있다.
다른 예로서, 케이스(110)의 하부 영역에 채워진 오일이 압력차에 의해 샤프트(125) 내부의 중공(1251)으로 흡인될 수 있다. 압축부(130)의 내부의 압력이 압축부(130) 외부의 압력보다 상대적으로 저압이므로, 압축부(130) 외부의 오일이 샤프트(125) 내부의 중공(1251)로 흡인되어 오일토출공(1253)을 통해 압축부(130)의 내부로 전달될 수 있다.
[압축부의 구조]
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 압축부의 구조에 대하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해, 여기서는 제1실린더 주변 구조를 대표적으로 설명한다.
그러나 본 실시예에서 예시된 구조는 제1실린더에 대해서만 적용되는 것은 아니며, 제2실린더에 대해서도 공통적으로 적용될 수 있는 것임을 밝혀둔다.
상기한 바와 같이, 제1실린더(131)의 내부에는 압축공간이 형성될 수 있다. 이러한 압축공간에는, 롤러(134)가 배치될 수 있다. 롤러(134)의 내주면에는 편심부(126)가 끼움 결합될 수 있다. 편심부(126)는, 롤러(134)의 반경방향 내측을 관통하는 샤프트(125)로부터 원심방향으로 돌출된 형태로 구비될 수 있다.
샤프트(125) 회전시, 샤프트(125)의 회전에 의해 편심부(126)가 회전되는데, 이러한 편심부(126)는 롤러(134)의 내부에서 편심되게 회전되면서 롤러(134)를 선회시키게 된다.
아울러 제1실린더(131)의 축방향 일측, 즉 상부측에는 제1부재가 배치되고, 제1실린더(131)의 축방향 타측, 즉 하부측에는 제2부재가 배치될 수 있다. 제1부재는 제1실린더(131)의 상부를 덮으며, 제2부재는 제2실린더(132)의 하부를 덮을 수 있다.
이에 따라 제1실린더(131)의 내부에는, 상부가 제1부재에 의해 제1부재에 의해 막히고 하부가 제2부재에 의해 막힌 공간, 즉 압축공간이 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1실린더(131)의 축방향 일측에 배치되는 제1부재는 제1실린더(131)의 상부를 덮는 제1베어링(136)일 수 있다. 그리고 제1실린더(131)의 축방향 타측에 배치되는 제2부재는, 제1실린더(131)의 하부를 덮는 중간플레이트(138)일 수 있다.
다른 예로서, 제1실린더(131)의 하부에 배치되는 제2실린더(132)를 기준으로 하면, 제2실린더(132)의 축방향 일측에 배치되는 제1부재는 제2실린더(132)의 상부를 덮는 중간플레이트(138)일 수 있다. 그리고 제2실린더(132)의 축방향 타측에 배치되는 제2부재는, 제2실린더(132)의 하부를 덮는 제2베어링(137)일 수 있다.
또 다른 예로서, 압축부(130)가 하나의 실린더로 이루어진다면, 제1부재는 제1실린더(131) 또는 제2실린더(132)의 상부를 덮는 제1베어링(136)일 수 있고, 제2부재는 제1실린더(131) 또는 제2실린더(132)의 하부를 덮는 제2베어링(137)일 수 있다.
이하, 제1실린더(131)의 상부에 제1베어링(136)이 배치되고 제1실린더(131)의 하부에 중간플레이트(138)가 배치되는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시예에서, 중간플레이트(138)는 흡입포트(117)와 연결되는 것으로 예시된다. 이러한 중간플레이트(138)의 내부에는, 흡입포트(117)와 연결되는 냉매유로(1381)가 형성될 수 있다.
냉매유로(1381)는, 중간플레이트(138)의 외주면을 통해 중간플레이트(138)의 외부로 개방될 수 있다. 이러한 냉매유로(1381)는, 이처럼 개방된 냉매유로(1381)의 입구측을 통해 흡입포트(117)와 연결될 수 있다.
상기 냉매유로(1381)는, 중간플레이트(138)의 외주면으로부터 구심방향으로 연장될 수 있다. 이러한 냉매유로(1381)의 출구측은, 두 갈래로 분기될 수 있다. 분기된 두 갈래 중 어느 하나는, 중간플레이트(138)의 상부면을 관통하여 제1실린더(131) 내부의 압축공간과 연결될 수 있다. 그리고 분기된 두 갈래 중 다른 하나는, 중간플레이트(138)의 하부면을 관통하여 제2실린더(131) 내부의 압축공간과 연결될 수 있다.
이 중, 중간플레이트(138)의 상부면을 관통하여 제1실린더(131) 내부의 압축공간과 연결된 냉매유로(1381)의 출구측은, 제1실린더(131) 내부의 압축공간에 배치되는 흡입구(1301)로 정의될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 중간플레이트(138)는 제1실린더(131)의 내부에 형성된 압축공간의 하부에 배치될 수 있다. 그리고 이러한 중간플레이트(138)에 형성되는 흡입구(1301) 또한 압축공간의 하부에 배치될 수 있다.
상기 흡입구(1301)의 적어도 일부분은, 압축공간 내부를 선회하는 롤러(134)의 이동 경로와 중첩될 수 있다. 즉 압축공간 내부를 선회하며 냉매를 압축하는 롤러(134)는, 그 이동 과정에서 흡입구(1301)와 축방향으로 중첩되는 위치를 통과할 수 있다.
또한 제1베어링(136)은, 제1실린더(131)의 내부에 형성된 압축공간의 상부에 배치될 수 있다. 그리고 제1베어링(136)에는, 토출구(1303)가 마련될 수 있다. 토출구(1303)는 제1베어링(136)에 축방향으로 관통되게 형성될 수 있으며, 이러한 토출구(1303)는 압축공간의 상부에 배치될 수 있다.
상기 토출구(1303)의 적어도 일부분은, 압축공간 내부를 선회하는 롤러(134)의 이동 경로와 중첩될 수 있다. 즉 압축공간 내부를 선회하며 냉매를 압축하는 롤러(134)는, 그 이동 과정에서 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되는 위치를 통과할 수 있다.
베인(135)을 기준으로, 베인(135)의 왼쪽 부분, 즉 흡입실에 흡입구(1301)가 배치되고, 베인(135)의 오른쪽 부분, 즉 압축실에 토출구(1303)가 배치될 수 있다. 이때 흡입구(1301)와 토출구(1303)는, 각각 베인(135)과 인접되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서는, 샤프트(125)의 회전중심을 중심으로, 흡입구(1301)와 베인(135)이 50° 이내의 사이각을 이루도록 배치되고, 베인(135)과 토출구(1303)가 50° 이내의 사이각을 이루도록 배치되는 것으로 예시된다.
[롤러의 구조]
도 9는 도 8의 "Ⅸ" 부분을 확대하여 도시한 확대도이고, 도 10은 도 9의 "Ⅹ-Ⅹ" 선에 따른 단면도이며, 도 11은 도 8에 도시된 압축부의 일부 구성을 도시한 횡단면도이다.
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 롤러의 구조에 대하여 상세히 설명한다. 설명의 편의를 위해, 여기서는 제1실린더에 설치되는 롤러 구조를 대표적으로 설명한다.
그러나 본 실시예에서 예시된 구조는 제1실린더에 대해서만 적용되는 것은 아니며, 제2실린더에 대해서도 공통적으로 적용될 수 있는 것임을 밝혀둔다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 롤러(134)에는 오일홈(1345)이 마련될 수 있다. 오일홈(1345)은, 편심부(126)와 마주보는 롤러(134)의 내주면에 형성될 수 있다. 이러한 오일홈(1345)은, 롤러(134)의 내주면으로부터 원심방향으로 오목하게 형성될 수 있다.
또한 상기 오일홈(1345)은, 롤러(134)의 축방향 단부로부터 소정 깊이 함몰되게 형성될 수 있다. 즉 오일홈(1345)은, 롤러(134)의 내주면측 모서리에 형성되되, 롤러(134)의 내주면으로부터 원심방향으로 오목하게 형성되는 동시에, 롤러(134)의 축방향 단부로부터 축방향 중앙을 향해 오목하게 형성될 수 있다.
상기 오일홈(1345)은, 롤러(134)의 축방향 일측 단부(이하, "롤러의 상단부"라 한다)와 롤러(134)의 축방향 타측 단부(이하, "롤러의 하단부"라 한다)에 각각 마련될 수 있다. 즉 롤러(134)에는 한 쌍의 오일홈(1345)이 마련될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 한 쌍의 오일홈(1345)은 롤러(134)의 축방향 중앙을 중심으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 이러한 한 쌍의 오일홈(1345)을 갖는 롤러(134)에 따르면, 롤러(134)의 축방향 일측면의 형상과 타측면의 형상이 롤러(134)의 축방향 중앙을 중심으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 즉 롤러(134)의 축방향 일측면의 형상과 롤러(134)의 축방향 타측면의 형상이 동일하다.
이러한 롤러(134)는, 상하방향에 따른 방향 구분이 필요 없게 되는 특징을 갖게 된다. 따라서 롤러(134)가 편심부(126)와 제1실린더(131) 사이에 설치될 때, 롤러(134)의 설치 방향이 고려될 필요가 없게 된다. 이에 따라 롤러(134)에 오일홈(1345)이 마련되어 있음에도 불구하고, 롤러(134)의 조립이 용이하게 이루어질 수 있게 될 뿐 아니라, 롤러(134)의 조립 과정에서 조립 실수가 발생될 우려가 현저히 낮아질 수 있게 된다.
또한 상기 오일홈(1345)은, 편심부(126)가 오일홈(1345)의 측방향 외측으로 돌출되지 않는 깊이로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 상부에 배치된 오일홈(1345)은 롤러(134)에 결합된 편심부(126)의 상단부가 오일홈(1345)의 상부로 돌출되지 않게 형성되고, 하부에 배치된 오일홈(1345)은 롤러(134)에 결합된 편심부(126)의 하단부가 오일홈(1345)의 하부로 돌출되지 않게 형성될 수 있다.
즉 편심부(126)의 외주면 중 어느 부분도 롤러(134)의 내주면 외측으로 돌출되지 않는다. 이에 따라 편심부(126)과 롤러(134) 사이에서는, 편심부(126)의 외주면 전체가 롤러(134)의 내주면과 맞물린 상태가 유지될 수 있다.
이로써 롤러(134)의 선회 과정에서 편심부(126)의 외주면에 가해지는 힘이 편심부(126)의 외주면 일부분이 아닌 편심부(126)의 외주면 전체에 작용할 수 있게 된다. 그 결과, 편심부(126)에 가해지는 힘을 받는 편심부(126)의 외주면의 면적이 확장될 수 있게 되므로, 편심부(126)가 단위 면적 당 받는 면압이 효과적으로 감소될 수 있게 된다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기와 같이 형성되는 각각의 오일홈(1345)의 내부에는 오일수용공간(1305)이 형성될 수 있다. 오일수용공간(1305)은, 제1부재와 오일홈(1345), 또는 제2부재와 오일홈(1345)으로 둘러싸인 공간이다. 예를 들어, 제1부재와 마주보는 롤러(134)의 일측에서는, 제1베어링(136)과 오일홈(1345)으로 둘러싸인 오일수용공간(1305)이 형성될 수 있다. 그리고 제2부재와 마주보는 롤러(134)의 타측체서는, 중간플레이트(138)와 오일홈(1345)으로 둘러싸인 오일수용공간(1305)이 형성될 수 있다.
이처럼 형성된 각각의 오일수용공간(1305)은, 롤러(134)의 내주면과 편심부(126)의 외주면 사이의 틈과 연결될 수 있다. 이러한 오일수용공간(1305)에는, 샤프트(125) 내부의 중공(1251)을 통해 이동되는 오일이 채워질 수 있다.
일례로서, 샤프트(125) 내부의 중공(1251)을 통해 이동되는 오일은, 오일토출공(1253)을 통해 샤프트(125) 외부로 토출될 수 있다. 이와 같이 샤프트(125) 외부로 토출된 오일은, 상기 오일수용공간(1305)으로 공급될 수 있다.
오일수용공간(1305)으로 공급된 오일은, 오일수용공간(1305)과 연결된 틈, 즉 롤러(134)의 내주면과 편심부(126)의 외주면 사이의 틈으로 공급될 수 있다.
이처럼 급유된 오일은, 편심부(126)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이에 대한 윤활 작용, 및 롤러(134)의 외주면과 실린더(131,132)의 내주면 사이에 대한 윤활 작용을 수행할 수 있다.
상기 오일수용공간(1305)은, 오일토출공(1253)을 통해 토출된 오일이 편심부(126)의 외주면과 롤러(134)의 내주면 사이의 틈(이하, "습동부"라 한다)으로 공급되는데 필요한 통로를 제공하는 것뿐 아니라, 일정량의 오일이 롤러(134) 내부에 채워질 수 있도록 하는데 필요한 저류공간(storage space)을 제공할 수 있다.
즉 오일수용공간(1305)으로 유입되는 오일 중 일부는 습동부로 공급되고, 그 나머지는 오일수용공간(1305)에 채워질 수 있다. 그리고 이처럼 오일수용공간(1305)에 채워진 오일은, 습동부로 조금씩 계속해서 공급될 수 있다.
오일수용공간(1305)에 오일이 일정량 이상 채워지는 상태가 유지되면, 편심부(126) 외주면의 일부 영역뿐 아니라, 오일수용공간(1305)에 의해 둘러싸인 전체 영역에서 습동부로의 오일 공급이 이루어질 수 있게 된다. 또한 오일수용공간(1305)에 오일이 일정량 이상 채워지는 상태가 유지되면, 오일수용공간(1305)에 채워진 오일의 자중이 오일을 습동부로 유입시키는 힘으로 작용할 수 있게 된다.
이에 따라 습동부로의 오일 공급이 안정적으로 이루어지게 됨은 물론, 습동부로의 급유가 좀 더 넓은 영역에서 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 이로써 압축부(130) 내부 구성에 대한 윤활 성능이 향상되고, 압축부(130) 내부에서의 마찰 손실이 감소될 수 있게 되므로, 로터리 압축기의 동작 신뢰성 및 동작 효율성이 더욱 향상될 수 있게 된다.
[오일홈의 상세 구조]
도 12는 도 11에 도시된 오일홈의 형상을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도 12를 참조하여 오일홈의 구체적인 형상을 상세히 설명한다.
명칭을 정의한다. 제1가상선(L1)은, 샤프트(125)의 회전중심(O)과 베인(135) 사이를 반경방향으로 잇는 가상선이다. 제2가상선(L2)은, 샤프트(125)의 회전중심(O)과 흡입구(1301) 사이를 반경방향으로 잇되, 흡입구(1301) 중 제1가상선(L1)과 가장 먼 지점과 샤프트(125)의 회전중심(O)을 잇는 가상선이다. 제3가상선(L3)은, 샤프트(125)의 회전중심(O)과 토출구(1303) 사이를 반경방향으로 잇되, 토출구(1303) 중 제1가상선(L1)과 가장 먼 지점과 샤프트(125)의 회전중심(O)을 잇는 가상선이다.
그리고 제1사이각(α)은, 제1가상선(L1)을 중심으로 한 제1가상선(L1)과 제2가상선(L2) 간의 사이각이며, 제2사이각(β)은 제1가상선(L1)을 중심으로 한 제1가상선(L1)과 제3가상선(L3) 간의 사이각이다. 이때 사이각의 측정은 반시계 방향으로 이루어진다.
또한 제4가상선(L4)은, 샤프트(125)의 회전중심(O)과 오일홈(1345)의 둘레방향 일단 사이를 잇는 가상선이다. 제5가상선(L5)은, 샤프트(125)의 회전중심(O)과 오일홈(1345)의 둘레방향 타단을 잇는 가상선이다.
그리고 제3사이각(γ)은 제1가상선(L1)을 중심으로 한 제1가상선(L1)과 제4가상선(L4) 간의 사이각이고, 제4사이각(δ)은 제1가상선(L1)을 중심으로 한 제1가상선(L1)과 제5가상선(L5) 간의 사이각이다.
본 실시예에 따르면, 제3사이각(γ) 및 제4사이각(δ)은, 제1사이각(α)과 제2사이각(β) 사이의 범위로 설정될 수 있다. 즉 둘레방향에 따른 오일홈(1345)의 형성 범위는, 제1사이각(α)과 제2사이각(β) 사이의 범위로 설정될 수 있다.
본 실시예에서는, 제1사이각(α)이 0 내지 50°이며, 제2사이각(β)이 310 내지 360°인 것으로 예시된다. 즉 본 실시예에서는, 베인(135)과 0 내지 50° 범위의 사이각을 이루는 영역 내에 흡입구(1301)가 배치되고, 베인(135)과 310 내지 360° 범위의 사이각을 이루는 영역 내에 토출구(1303)가 배치되는 것으로 예시된다.
이러한 흡입구(1301)와 토출구(1303)의 배치 위치를 고려하여, 제3사이각(γ)은 제1사이각(α)과 제2사이각(β) 사이의 범위로 설정되고, 제4사이각(δ) 또한 제1사이각(α)과 제2사이각(β) 사이의 범위로 설정될 수 있다.
예를 들어, 제1사이각(α)이 50°이고 제2사이각(β)이 310°라고 한다면, 제3사이각(γ)과 제4사이각(δ)은, 50° 내지 310°사이의 범위로 결정될 수 있다.
이때 제4사이각(δ)은 제3사이각(γ)보다 큰 각으로 결정된다. 제3사이각(γ)과 제4사이각(δ) 간의 차이는 오일홈(1345)의 둘레방향 길이를 나타낼 수 있다고 할 수 있고, 따라서 제3사이각(γ)과 제4사이각(δ) 간의 차이가 클수록 오일홈(1345)의 둘레방향 길이가 길어지는 것이라고 이해될 수 있다.
정리하면, 오일홈(1345)은 롤러(134)의 내주면에 둘레방향으로 형성되되, 흡입구(1301) 및 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되지 않을 수 있는 형상으로 형성된다.
본 실시예에 따르면, 압축공간 내부를 선회하며 냉매를 압축하는 롤러(134)는, 그 이동 과정에서 흡입구(1301)와 축방향으로 중첩되는 위치와 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되는 위치를 통과할 수 있다.
본 실시예에서 예시된 오일홈(1345)은, 이와 같은 형태로 이루어지는 롤러(134)의 이동에도 불구하고, 흡입구(1301) 및 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되지 않을 수 있게 형성될 수 있다.
이를 위해, 압축공간 내부는 둘레방향으로 구분되되, 흡입구(1301) 및 토출구(1303)의 배치 영역과 오일홈(1345) 배치 영역으로 구분된다. 이에 따르면, 제2가상선(L2)과 제3가상선(L3) 사이의 영역(내각 영역)은 흡입구(1301) 및 토출구(1303)의 배치 영역으로, 제4가상선(L4)과 제5가상선(L5) 사이의 영역(외각 영역)은 오일홈(1345)의 배치 영역으로 구분될 수 있다.
이에 따라 오일홈(1345)의 일부분이라도 흡입구(1301) 및 토출구(1303)의 배치 영역에 위치하지 않도록 오일홈(1345)의 형상과 길이가 설정될 수 있다. 그 결과 오일홈(1345)이 흡입구(1301) 및 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되지 않게 형성될 수 있게 된다.
또한 오일홈(1345)은, 제1가상선(L1)을 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다. 일반적으로, 흡입구(1301)가 토출구(1303)보다 크게 형성되는 것을 감안하면, 오일홈(1345)의 형상과 길이는 흡입구(1301)의 크기에 의해 주로 좌우될 수 있다.
이를 수식으로 표현하면,
α
Figure pat00003
360-
Figure pat00004
이면,
α ≤ γ < 360-α,
α < δ≤ 360-α
으로 표현된다.
이때 오일홈(1345)은, α° 내지 360- α° 범위 내에서 둘레방향을 따라 연속적으로 연결되게 형성될 수 있다.
만약 토출구(1303)가 흡입구(1301)보다 크게 형성된다면, 즉 α ≤ 360-
Figure pat00005
이라면,
Figure pat00006
≤ γ < 360-
Figure pat00007
,
Figure pat00008
< δ≤ 360-
Figure pat00009
으로 표현될 수도 있다.
이처럼 오일홈(1345)이 좌우대칭 형상으로 형성되면, 롤러(134)의 형상 또한 좌우대칭 형상으로 형성될 수 있다. 이러한 롤러(134)는, 좌우방향 및 상하방향에 따른 방향 구분이 필요 없게 되는 특징을 갖게 된다. 따라서 롤러(134)가 편심부(126)와 제1실린더(131) 사이에 설치될 때, 롤러(134)의 설치 방향이 고려될 필요가 없게 된다.
이에 따라 롤러(134)의 조립이 용이하게 이루어지고 롤러(134)의 조립 과정에서 조립 실수가 발생될 우려를 낮출 수 있는 효과뿐 아니라, 흡입구(1301)와 토출구(1303)의 위치, 크기, 형상이 서로 다른 다양한 형태의 로터리 압축기에 상기 롤러(134)의 호환이 가능한 효과도 제공될 수 있게 된다.
[로터리 압축기의 작용, 효과]
도 10 및 도 12를 참조하면, 롤러(134)에는 오일홈(1345)이 마련되고, 이 오일홈(1345)은 흡입구(1301) 및 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되지 않는 형상으로 형성된다.
본 실시예에 따르면, 흡입구(1301)는 압축공간 내에서 제1사이각(α)에 해당되는 범위의 영역(이하, "흡입구 배치 영역"이라 한다)에 배치되고, 토출구(1303)는 압축공간 내에서 제2사이각(β)에 해당되는 범위의 영역(이하, "토출구 배치 영역"에 배치된다. 즉 흡입구(1301)는 압축공간 내에서 0 내지 50°에 해당되는 범위에 배치되고, 토출구(1303)는 압축공간 내에서 310 내지 360°에 해당되는 범위에 배치된다.
그리고 오일홈(1345)은, 압축공간 내에서 제1사이각(α)과 제2사이각(β)에 해당되는 범위의 영역, 즉 흡입구 배치 영역과 토출구 배치 영역을 제외한 나머지 범위의 영역에 위치하도록 형성된다. 즉 오일홈(1345)은, 압축공간 내에서 50 내지 310°에 해당되는 범위에 위치하도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 압축공간 내부를 선회하며 냉매를 압축하는 롤러(134)는, 그 이동 과정에서 흡입구(1301)와 축방향으로 중첩되는 위치를 통과할 수 있다. 그러나 롤러(134)와 흡입구(1301)가 축방향으로 서로 중첩되는 위치에 있게 되거나 롤러(134)와 토출구(1303)가 축방향으로 서로 중첩되는 위치에 있게 된다 하더라도, 오일홈(1345)과 흡입구(1301)가 축방향으로 서로 중첩되거나 오일홈(1345)과 토출구(1303)가 축방향으로 서로 중첩되지는 않게 된다.
이는, 롤러(134)가 어느 위치에 있는 지와 상관 없이 오일홈(1345)이 흡입구(1301) 및 토출구(1303)와 축방향으로 중첩되지 않도록 하기 위해 의도된 오일홈(1345) 형상 설계의 결과이다.
그 결과, 오일홈(1345)과 흡입구(1301) 간의 연결, 오일홈(1345)과 토출구(1303) 간의 연결이 이루어지기 어렵게 되므로, 오일홈(1345)을 통한 냉매 누설의 발생이 효과적으로 억제될 수 있게 된다.
또한 상기와 같은 오일홈(1345)은, 롤러(134) 상에서 흡입실 측의 슬라이드면에 치우친 영역에만 형성되거나 압축실 측의 슬라이드면에 치우친 영역에만 형성되지 않는다. 본 실시예에서, 오일홈(1345)은 흡입구 배치 영역과 토출구 배치 영역만이 제외된 나머지 대부분의 영역에 위치하도록 롤러(134) 상에 형성될 수 있다.
즉 오일홈(1345)은, 흡입실 측의 슬라이드면에 치우친 영역과 압축실 측의 슬라이드면에 치우친 영역을 모두 포함하는 영역에 형성될 수 있다. 그 결과, 습동부의 일부분만이 아닌 습동부의 대부분의 영역에 오일이 충분하게 공급될 수 있게 된다.
종래 로터리 압축기에서는, 협소슬라이드부(9D)가 흡입실 측의 슬라이드면에 치우친 영역에만 형성되어 있었고, 그 결과 샤프트(4)의 편심부(4A)로부터 부하를 가장 많이 받는 압축실(13) 측에서 샤프트(4)와 롤러(9) 간의 윤활이 취약해지게 되는 문제점이 있었다(도 5 참조).
이에 비해, 본 실시예의 로터리 압축기에서는 흡입구 배치 영역과 토출구 배치 영역에 해당되는 일부 영역만이 제외된 나머지 대부분의 영역에 걸쳐 오일홈(1345)이 형성된다. 이에 따라 오일 확보에 필요한 공간이 롤러(134)의 대부분의 영역에 걸쳐 충분히 마련될 수 있게 된다.
그 결과 습동부로의 오일 공급이 안정적으로 이루어지게 됨은 물론, 습동부로의 급유가 좀 더 넓은 영역에서 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 이로써 압축부(130) 내부 구성에 대한 윤활 성능이 향상되고, 압축부(130) 내부에서의 마찰 손실이 감소될 수 있게 되므로, 로터리 압축기의 동작 신뢰성 및 동작 효율성이 더욱 향상될 수 있게 된다.
한편, 상기 오일홈(1345)은, 편심부(126)가 오일홈(1345)의 측방향 외측으로 돌출되지 않는 깊이로 형성될 수 있다. 즉 편심부(126)의 외주면 중 어느 부분도 롤러(134)의 내주면 외측으로 돌출되지 않는다. 이에 따라 편심부(126)와 롤러(134) 사이에서는, 편심부(126)의 외주면 전체가 롤러(134)의 내주면과 맞물린 상태가 유지될 수 있다.
그 결과, 편심부(126)가 단위 면적 당 받는 면압이 효과적으로 감소될 수 있게 됨으로써, 로터리 압축기의 구조적 안정성이 더욱 향상될 수 있게 된다.
또한 상기 롤러(134)에는 한 쌍의 오일홈(1345)이 롤러(134)의 축방향 중앙을 중심으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 이러한 롤러(134)는, 상하방향에 따른 방향 구분이 필요 없게 되는 특징을 갖게 된다. 이에 따라 롤러(134)에 오일홈(1345)이 마련되어 있음에도 불구하고, 롤러(134)의 조립이 용이하게 이루어질 수 있게 될 뿐 아니라, 롤러(134)의 조립 과정에서 조립 실수가 발생될 우려가 현저히 낮아지는 효과가 제공될 수 있게 된다.
또한 오일홈(1345)은, 냉매 누설 발생을 최소화할 수 있는 범위 내에서 롤러(134) 상에 최대한 긴 길이로 형성된다. 그리고 이러한 오일홈(1345)은, 롤러(134)의 축방향 일측뿐 아니라 타측에도 함께 마련된다. 즉 오일홈(1345)은, 롤러(134) 상에서 최대한 긴 길이로, 그리고 최대한 많은 개수로 제공될 수 있다.
이에 따라 오일홈(1345)이 차지하는 부피만큼 롤러(134)의 무게가 저감될 수 있게 된다. 이와 같이 롤러(134)의 무게가 저감됨으로써, 롤러(134)를 선회시키는데 필요한 부하가 감소되고, 이에 따라 로터리 압축기의 효율이 상승되는 효과가 제공될 수 있게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 로터리 압축기
110 : 케이스
111 : 상부쉘
113 : 중간쉘
115 : 하부쉘
117 : 흡입포트
118 : 흡입배관
119 : 토출배관
120 : 구동부
121 : 모터
122 : 스테이터
123 : 로터
125 : 샤프트
1251 : 중공
1253 : 오일토출공
126 : 편심부
130 : 압축부
1301 : 흡입구
1303 : 토출구
1305 : 오일수용공간
131 : 제1실린더
132 : 제2실린더
133 : 베인슬롯
134 : 롤러
1341 : 롤러홈
1345 : 오일홈
135 : 베인
1351 : 힌지헤드
1353 : 개방홀
136 : 제1베어링
137 : 제2베어링
138 : 중간플레이트
1381 : 냉매유로

Claims (12)

  1. 압축공간을 포함하는 실린더;
    상기 압축공간 내에서 냉매를 압축하는 환형 형상의 롤러;
    상기 롤러와 연결되고, 적어도 일부분이 상기 실린더에 형성된 베인슬롯에 직선 운동 가능하게 삽입되어 상기 압축공간을 흡입실과 압축실로 구분하는 베인;
    상기 롤러의 반경방향 내측에 회전 가능하게 결합되고, 편심 회전하며 상기 롤러를 선회시키는 편심부;
    상기 편심부의 반경방향 내측에 결합되어 상기 편심부를 편심 회전시키는 샤프트;
    상기 실린더의 축방향 일측에 배치되고, 상기 흡입실과 연결되는 흡입구가 마련되는 제1부재; 및
    상기 실린더의 축방향 타측에 배치되고, 상기 압축실과 연결되는 토출구가 마련되는 제2부재;를 포함하고,
    상기 롤러에는, 상기 편심부와 마주보는 상기 롤러의 내주면으로부터 원심방향으로 오목하게 형성되는 오일홈이 마련되고,
    상기 오일홈은, 상기 흡입구 및 상기 토출구와 축방향으로 중첩되지 않는 위치에 배치되는 로터리 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트의 회전중심과 상기 베인을 잇는 제1가상선을 중심으로, 상기 샤프트의 회전중심과 상기 흡입구 중 상기 제1가상선과 가장 먼 지점을 잇는 제2가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각이 제1사이각이며, 상기 샤프트의 회전중심과 상기 토출구 중 상기 제1가상선과 가장 먼 지점을 잇는 제3가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각이 제2사이각일 때,
    상기 샤프트의 회전중심과 상기 오일홈의 둘레방향 일단을 잇는 제4가상선 및 상기 샤프트의 회전중심과 상기 오일홈의 둘레방향 타단을 잇는 제5가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각은, 상기 제1사이각과 상기 제2사이각 사이의 범위로 설정되는 로터리 압축기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1사이각이 0 내지 50°이며, 상기 제2사이각이 310 내지 360도°이고,
    상기 제4가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각 및 상기 제5가상선과 상기 제1가상선 간의 사이각은, 각각 50 내지 310° 사이의 범위로 설정되는 로터리 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1사이각이 α°이며, 상기 제2사이각이
    Figure pat00010
    °일 때,
    α
    Figure pat00011
    360-
    Figure pat00012
    이면,
    상기 제1가상선과 상기 제4가상선 간의 사이각은, α° 이상이고 360°- α° 보다 작은 사이각으로 설정되며,
    상기 제1가상선과 상기 제5가상선 간의 사이각은, 상기 제1가상선과 상기 제4가상선 간의 사이각보다 크고 360°- α° 이하인 사이각으로 설정되는 로터리 압축기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 오일홈은, 상기 α° 내지 360°- α° 범위 내에서 둘레방향을 따라 연속적으로 연결되게 형성되는 로터리 압축기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 오일홈은, 상기 제1가상선을 중심으로 대칭되게 형성되는 로터리 압축기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 오일홈은, 상기 롤러의 축방향 단부로부터 상기 롤러의 축방향 중앙을 향해 오목하게 형성되는 로터리 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 오일홈은, 상기 롤러의 축방향 단부로부터 소정 깊이 함몰되게 형성되되, 상기 편심축이 상기 오일홈의 축방향 외측으로 돌출되지 않는 깊이로 형성되는 로터리 압축기.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 오일홈은, 상기 롤러의 축방향 일측 단부와 상기 롤러의 측방향 타측 단부에 각각 마련되는 로터리 압축기.
  10. 제9항에 있어서,
    한 쌍의 상기 오일홈이 상기 롤러의 축방향 중앙을 중심으로 서로 대칭되게 형성되는 로터리 압축기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 오일홈의 내부에는, 상기 제1부재와 상기 오일홈 또는 상기 제2부재와 상기 오일홈으로 둘러싸인 오일수용공간이 형성되고,
    상기 오일수용공간은, 상기 롤러의 내주면과 상기 편심부의 외주면 사이의 틈과 연결되는 로터리 압축기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1부재는, 상기 실린더의 축방향 일측을 덮는 중간플레이트이고,
    상기 제2부재는, 상기 실린더의 축방향 타측을 덮는 베어링인 로터리 압축기.
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