KR20220121603A - 로터리 압축기 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 의한 로터리 압축기는, 압축공간을 형성하도록 내주면이 환형으로 형성되는 실린더; 복수의 베인슬롯이 외주면을 따라 기설정된 간격을 두고 형성되며, 상기 실린더의 압축공간에 삽입되어 회전하는 롤러; 및 상기 롤러와 함께 회전하도록 상기 베인슬롯에 미끄러지게 삽입되며, 상기 베인슬롯으로부터 인출되어 상기 압축공간을 복수의 압축실로 구획하는 복수의 베인을 포함하고, 상기 실린더의 내주면은 X-Y 평면에서 서로 다른 장단비를 가지는 복수의 타원이 연결되어 형성되며, 상기 복수의 타원이 연결되는 구간은 이차 다항곡선으로 형성 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인접촉점을 연결한 베인접촉선의 변곡점을 완화하여 기계손실 및 소음을 낮출 수 있다.

Description

로터리 압축기{ROTARY COMPRESSOR}
본 발명은 회전하는 롤러에 베인이 결합되는 베인식 로터리 압축기에 관한 것이다.
로터리 압축기는 베인이 실린더에 미끄러지게 삽입되어 롤러에 접촉되는 방식과, 베인이 롤러에 미끄러지게 삽입되어 실린더에 접촉되는 방식으로 구분할 수 있다. 통상적으로 전자는 롤러 편심 로터리 압축기(이하, 로터리 압축기)라고 하고, 후자는 베인 동심 로터리 압축기(이하, 베인 로터리 압축기)라고 구분한다.
로터리 압축기는 실린더에 삽입된 베인이 탄성력 또는 배압력에 의해 롤러를 향해 인출되어 그 롤러의 외주면에 접촉하게 된다. 반면, 베인 로터리 압축기는 롤러에 삽입된 베인이 롤러와 함께 회전운동을 하면서 원심력과 배압력에 의해 실린더를 향해 인출되어 그 실린더의 내주면에 접촉하게 된다.
로터리 압축기는 롤러의 회전당 베인의 개수만큼의 압축실을 독립적으로 형성하여, 각각의 압축실이 동시에 흡입, 압축, 토출행정을 실시하게 된다. 반면, 베인 로터리 압축기는 롤러의 회전당 베인의 개수만큼의 압축실을 연속적으로 형성하여, 각각의 압축실이 순차적으로 흡입, 압축, 토출행정을 실시하게 된다. 따라서, 베인 로터리 압축기는 로터리 압축기에 비해 높은 압축비를 형성하게 된다. 이에 따라, 베인 로터리 압축기는 R32, R410a, CO2와 같이 오존층파괴지수(ODP) 및 지구온난화지수(GWP)가 낮은 고압 냉매를 사용하는데 더 적합하다.
이러한 베인 로터리 압축기는 특허문헌 1(미국공개특허: US2015-0064042 A1)에 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 베인 로터리 압축기는 모터실의 내부공간이 흡입냉매가 채워지는 저압방식이나, 복수의 베인이 회전하는 롤러에 미끄러지게 삽입되는 구조는 베인 로터리 압축기의 특징을 개시하고 있다.
특허문헌 1에 개시된 베인 로터리 압축기는 압축공간을 이루는 실린더의 내주면이 복수의 곡선으로 이루어져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 개시된 실린더의 내주면은 회전축의 축중심에 대해 편심진 비대칭 타원 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 실린더의 내주면은 축중심으로부터 가장 인접한 근접부(proximal portion)와 가장 멀리 위치한 원접부(remote portion)가 구비되며, 근접부에서 원접부 사이는 서로 다른 장단비를 가지는 곡면들로 연결되어 있다.
반면, 롤러는 외주면 곡률이 일정한 진원형상으로 형성되어 회전축의 축중심에 대해 동심상에 위치하도록 배치되고, 롤러에는 외주면에서 기설정된 깊이만큼 갈라져 함몰된 복수의 베인슬롯이 롤러의 외주면을 따라 등간격으로 형성되어 있다.
상기와 같이 실린더의 내주면이 비대칭 타원 형상으로 형성되면 그 실린더의 내주면에는 장단비가 서로 다른 두 타원이 만나는 지점에서 변곡점이 발생될 수 있다. 이 변곡점은 원접부를 이루는 부분에서 가장 크게 발생될 수 있다. 이에 따라 롤러의 회전시 그 롤러의 베인슬롯에서 인출되는 베인의 인출길이가 변곡점에서 가장 길어지면서 베인과 실린더 사이에서의 기계손실과 이로 인한 베인의 신뢰성 저하가 발생될 수 있다. 이는 연결되는 두 곡면의 장단비 차이가 크면 클수록 증가될 수 있다.
특허문헌 2(일본공개특허 2014-040797호)는 실린더의 내주면이 비대칭 타원으로 형성되되, 실린더의 내주면을 원주방향을 따라 일정 구간으로 구분하고 각 구간별 곡면 형상을 정의하고 있다.
하지만, 특허문헌 2는 각 구간별 곡면 형상을 체적의 증가/감소에 따라 정의하고 있다. 이로 인해 특허문헌 2는 실린더의 내주면 설계시, 실린더의 내주면 형상에 따른 베인의 선단부에서의 기계손실과 베인의 신뢰성 저하, 그리고 소음을 낮출 수 있는 실린더의 내주면 형상에 대해서는 고려하지 않고 있다.
미국공개특허 US2015-0064042 A1, (공개일: 2015.03.05.) 일본공개특허 2014-040797호 (공개일: 2014.03.06.)
본 발명의 목적은, 실린더와 베인 사이의 기계손실을 줄이고 베인의 마모관련 신뢰성을 높일 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 있다.
나아가, 본 발명은 베인의 거동을 고려하여 실린더의 내주면 형상을 설계함으로써 실린더와 베인 사이의 기계손실을 줄이고 베인의 마모관련 신뢰성을 높일 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 실린더와 베인이 접촉되는 점을 연결하는 베인접촉선에서의 변곡점을 완화시켜 실린더와 베인 사이의 기계손실을 줄이고 베인의 마모관련 신뢰성을 높일 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 압축기 소음을 감소시킬 수 있는 로터리 압축기를 제공하는데 있다.
나아가, 본 발명은 베인과 실린더 간 충격음을 낮춰 압축기 소음을 줄일 수 있는 로터리 압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
더 나아가, 본 발명은 변곡점에서의 베인과 실린더 간 충격음을 낮출 수 있는 로터리 압축기를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더의 내주면은 복수의 타원을 조합하여 형성되고, 상기 복수의 타원이 연결되는 구간 중에서 장단비 차이가 가장 구간은 베인이 상기 실린더의 내주면에 접하는 점을 연결한 베인접촉선이 2차 다항곡선으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인접촉선에서의 변곡점을 완화시켜 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 롤러의 외주면을 따라 구비되는 복수의 베인슬롯; 및 상기 복수의 베인슬롯에 각각 미끄러지게 삽입되는 복수의 베인을 포함할 수 있다. 상기 복수의 베인은, 이웃하는 두 개의 베인 사이의 간격이 서로 다르게 배치되는 로터리 압축기가 제공될 수 있다. 이를 통해, 소음의 주기성이 약화되면서 압축기 소음이 더욱 감소될 수 있다.
구체적으로, 실린더는 압축공간을 형성하도록 내주면이 환형으로 형성될 수 있다. 상기 실린더의 압축공간에는 롤러가 회전 가능하게 삽입되고, 상기 롤러의 외주면에는 복수의 베인슬롯이 외주면을 따라 기설정된 간격을 두고 형성될 수 있다. 상기 복수의 베인슬롯에는 복수의 베인이 각각 미끄러지게 삽입되며, 상기 복수의 베인은 상기 롤러와 함께 회전하면서 상기 베인슬롯으로부터 인출되어 상기 압축공간을 복수의 압축실로 구획할 수 있다. 상기 실린더의 내주면은 X-Y 평면에서 서로 다른 장단비를 가지는 복수의 타원이 연결되어 형성될 수 있다. 상기 복수의 타원이 연결되는 구간은 곡선으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 복수의 타원이 연결되는 구간을 통과하는 베인의 선단부가 실린더의 내주면과 미끄러지게 접촉되어 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
일례로, 상기 복수의 타원이 연결되는 구간은, 상기 실린더의 내주면과 상기 베인이 접촉되는 베인접촉점을 연결한 선이 2차 다항곡선(polynomial curve)을 이루도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 실린더와 베인이 접하는 베인접촉점을 연결한 베인접촉선에서의 변곡점을 완화시켜 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
일례로, 상기 실린더의 내주면은, 상기 롤러의 외주면과 가장 근접하는 근접점을 기준으로 상기 롤러의 회전방향을 따라 제1 사분면을 이루는 제1 타원과 제2 사분면을 이루는 제2 타원이 연결될 수 있다. 상기 제1 타원과 상기 제2 타원 사이에는 상기 롤러의 회전중심으로부터 가장 먼 원접부가 형성될 수 있다. 상기 원접부는, 상기 실린더의 내주면과 상기 베인이 접촉되는 베인접촉점을 연결한 선이 2차 다항곡선(polynomial curve)을 이루도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 원접부에서 실린더와 베인이 접하는 베인접촉점을 연결한 베인접촉선에서의 변곡점을 완화시켜 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
다른 예로, 상기 근접점을 0°라고 정의할 때, 상기 원접부는 상기 롤러의 회전방향으로 70~105°범위를 포함할 수 있다. 이를 통해, 실린더의 내주면 중에서 변곡점이 가장 크게 발생될 수 있는 원접부에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
일례로, 상기 복수의 타원은 상기 롤러의 회전중심에서 편심진 점을 원점으로 하는 X-Y 평면에서 연결될 수 있다. 이를 통해, 압축개시각을 당겨 압축주기를 연장함으로써 고효율 압축기를 제공하면서도 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
일례로, 상기 복수의 타원은 상기 롤러의 회전중심을 원점으로 하는 X-Y 평면에서 연결될 수 있다. 이를 통해, 원형 실린더에 비해 흡입영역에서의 마찰손실을 줄이고 압축영역에서의 과압축을 억제하면서도 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
일례로, 상기 실린더의 내주면은, 적어도 한 개 이상의 원점을 가지는 X-Y 평면에 배치되는 4개의 타원으로 형성될 수 있다. 상기 4개의 타원 중에서 장단비가 가장 큰 제1 타원과 상기 제1 타원에서 연결되는 제2 타원 사이의 연결부분이 다항함수로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 원접부에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
다른 예로, 상기 복수의 베인슬롯은, 적어도 일부가 원주방향을 따라 비등간격으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 임의의 크랭크각을 지나가는 베인의 주기성이 불균일하게 되어 소음의 주기성이 약화되고, 이로 인해 특정 주파수의 날카로운 순음이 완화되어 압축기 소음이 감소될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 롤러의 외주면은 원주방향을 따라 동일한 직경을 가지는 원형으로 형성될 수 있다. 상기 복수의 베인슬롯은, 상기 롤러의 외주면에 접하는 출입점과 상기 롤러의 회전중심 사이를 연결하는 가상선중에서 서로 인접한 두 가상선이 이루는 사잇각의 적어도 일부가 상이하게 형성될 수 있다. 이를 통해, 복수의 베인슬롯이 원주방향을 따라 비등간격으로 형성될 수 있다.
또 다른 예로, 상기 복수의 베인슬롯은, 각각의 길이방향 중심선이 상기 각각의 가상선에 대해 기설정된 경사각을 두고 교차하도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인슬롯이 반경방향에 대해 경사지게 형성되면서도 소음의 주기성을 약화시킬 수 있다.
또 다른 예로, 상기 복수의 베인슬롯은, 각각의 경사각이 동일하게 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인슬롯이 반경방향에 대해 경사진 경우에 각각의 베인슬롯이 비등간격으로 형성되면서도 베인을 포함한 롤러의 편심하중을 억제할 수 있다.
또 다른 예로, 상기 복수의 베인슬롯은, 각각의 경사각 중에서 적어도 일부는 상이하게 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인슬롯이 반경방향에 대해 경사진 경우에 각각의 베인슬롯이 비등간격으로 형성될 수 있다.
일례로, 상기 각 베인과 상기 실린더가 접하는 접점이 상기 롤러의 회전중심을 지나는 가상선들 사이의 각도는, θi' =θi+△θ×Sin(m×θi)을 만족할 수 있다. 여기서, θi는 등간격 각도, θi'는 베인슬롯의 재배치 각도, △θ는 최대변동각도, m은 베인순서이다. 이를 통해, 복수의 베인슬롯이 비등간격으로 형성되면서도 베인슬롯 간 간격을 최적화할 수 있다.
다른 예로, 상기 식에서 최대변동각도(△θ)는 2 ~ 10°로 형성될 수 있다. 이를 통해, 복수의 베인슬롯이 비등간격으로 형성되어 압축기 소음이 낮아지면서도 압축효율을 유지할 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 실린더의 내주면은 X-Y 평면에서 서로 다른 장단비를 가지는 복수의 타원이 연결되어 형성되되, 복수의 타원이 연결되는 구간은 곡선으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 복수의 타원이 연결되는 구간을 통과하는 베인의 선단부가 실린더의 내주면과 미끄러지게 접촉되어 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 복수의 타원이 연결되는 구간이 실린더와 베인이 접촉되는 베인접촉점을 연결한 베인접촉선이 2차 다항곡선(polynomial curve)을 이루도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 실린더와 베인이 접하는 베인접촉점을 연결한 베인접촉선에서의 변곡점을 완화시켜 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 실린더의 내주면은 복수의 타원 중에서 장단비가 가장 큰 제1 타원과 상기 제1 타원에서 연결되는 제2 타원 사이의 연결부분이 다항함수로 이루어질 수 있다. 이를 통해, 원접부에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 복수의 타원이 롤러의 회전중심에서 편심진 점을 원점으로 하는 X-Y 평면에서 연결될 수 있다. 이를 통해, 압축개시각을 당겨 압축주기를 연장함으로써 고효율 압축기를 제공하면서도 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 복수의 타원이 롤러의 회전중심을 원점으로 하는 X-Y 평면에서 연결될 수 있다. 이를 통해, 원형 실린더에 비해 흡입영역에서의 마찰손실을 줄이고 압축영역에서의 과압축을 억제하면서도 실린더와 베인 사이에서의 기계손실 및 소음을 억제하고 마모관련 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 롤러에 삽입되는 복수의 베인슬롯의 적어도 일부가 원주방향을 따라 비등간격으로 형성됨에 따라, 임의의 크랭크각을 지나가는 베인의 주기성이 불균일하게 되어 소음의 주기성이 약화될 수 있다. 이에 따라 특정 주파수의 날카로운 순음이 완화되어 압축기 소음이 감소될 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 복수의 베인슬롯은, 각각의 길이방향 중심선이 상기 각각의 가상선에 대해 기설정된 각도로 교차하도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인슬롯이 반경방향에 대해 경사지게 형성되면서도 각각의 베인슬롯이 비등간격으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 복수의 베인슬롯은, 각각의 길이방향 중심선이 상기 롤러의 회전중심에 대해 방사상으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 베인슬롯이 반경방향으로 형성되면서도 각각의 베인슬롯이 비등간격으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 로터리 압축기는, 복수의 베인슬롯은 각각의 길이방향 중심선 사이의 각도가 베인의 개수에 따른 특정한 베인슬롯의 재배치 각도를 가지도록 형성될 수 있다. 이를 통해, 복수의 베인슬롯이 비등간격으로 형성되면서도 베인슬롯 간 간격을 최적화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기의 일례를 종단면하여 보인 단면도,
도 2는 도 1에서 압축부를 분해하여 보인 사시도,
도 3은 도 2의 압축부를 조립하여 보인 사시도,
도 4는 도 3의 평면도,
도 5는 본 실시예에 따른 실린더의 내주면을 보인 개략도,
도 6은 도 5의 "A"부를 확대하여 보인 개략도,
도 7은 원형 실린더와 대칭형 타원 실린더에 대한 회전각도별 베인접촉선을 보인 그래프,
도 8은 도 대칭형 타원 실린더와 비대칭 타원 실린더에 대한 일부구간에서의 베인접촉선을 확대하여 보인 그래프,
도 9는 본 실시예에 따른 실린더를 종래의 비대칭 타원형 실린더와 비교하여 보인 그래프,
도 10은 도 9에서 일부구간에서의 베인접촉점을 보인 그래프,
도 11은 본 실시예에 따른 베인슬롯 간 간격을 설명하기 위해 보인 개략도,
도 12는 도 11의 실시예에서 최대변동각도별 압축기효율을 비교하여 보인 그래프.
이하, 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다. 참고로, 본 발명에 의한 롤러의 베인슬롯은 베인이 롤러에 미끄러지게 삽입되는 베인 로터리 압축기에는 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어 본 실시예와 같이 베인슬롯이 경사 형성된 예는 물론 방사상으로 형성되는 예에도 동일하게 적용될 수 있다. 이하에서는 베인슬롯이 롤러에 경사 형성되며 실린더의 내주면이 비대칭 타원 형상인 예를 대표예로 삼아 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 베인 로터리 압축기의 일례를 종단면하여 보인 단면도이고, 도 2는 도 1에서 압축부를 분해하여 보인 사시도이며, 도 3은 도 2의 압축부를 조립하여 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 베인 로터리 압축기는, 케이싱(110), 구동모터(120) 및 압축부(130)를 포함한다. 구동모터(120)는 케이싱(110)의 상측 내부공간(110a)에, 압축부(130)는 케이싱(110)의 하측 내부공간(110a)에 각각 설치되고, 구동모터(120)와 압축부(130)는 회전축(123)으로 연결된다.
케이싱(110)은 압축기의 외관을 이루는 부분으로, 압축기의 설치양태에 따라 종형 또는 횡형으로 구분될 수 있다. 종형은 구동모터(120)와 압축부(130)가 축방향을 따라 상하 양측에 배치되는 구조이고, 횡형은 구동모터(120)와 압축부(130)가 좌우 양측에 배치되는 구조이다. 본 실시예에 따른 케이싱은 종형으로 형성될 수 있다.
케이싱(110)은 원통형으로 형성되는 중간쉘(111), 중간쉘(111)의 하단을 복개하는 하부쉘(112), 중간쉘(111)의 상단을 복개하는 상부쉘(113)을 포함한다. 중간쉘(111)에는 구동모터(120)와 압축부(130)가 삽입되어 고정 결합되고, 흡입관(115)이 관통되어 압축부(130)에 직접 연결될 수 있다.
하부쉘(112)은 중간쉘(111)의 하단에 밀봉 결합되고, 압축부(130)로 공급될 오일이 저장되는 저유공간(110b)이 압축부(130)의 하측에 형성될 수 있다. 상부쉘(113)은 중간쉘(111)의 상단에 밀봉 결합되고, 압축부(130)에서 토출되는 냉매에서 오일을 분리하도록 유분리공간(110c)이 구동모터(120)의 상측에 형성될 수 있다.
구동모터(120)는 전동부를 이루는 부분으로, 압축부(130)를 구동시키는 동력을 제공한다. 구동모터(120)는 고정자(121), 회전자(122) 및 회전축(123)을 포함한다.
고정자(121)는 케이싱(110)의 내부에 고정 설치되며, 원통형 케이싱(110)의 내주면에 열박음 등으로 압입되어 고정될 수 있다. 예를 들어, 고정자(121)는 중간쉘(110a)의 내주면에 압입되어 고정될 수 있다.
회전자(122)는 고정자(121)의 내부에 회전 가능하게 삽입되며, 회전자(122)의 중심에는 회전축(123)이 압입되어 결합된다. 이에 따라, 회전축(123)은 회전자(122)와 함께 동심 회전을 하게 된다.
회전축(123)의 중심에는 오일유로(125)가 중공홀 형상으로 형성되고, 오일유로(125)의 중간에는 오일통공(126a)(126b)이 회전축(123)의 외주면을 향해 관통 형성될 수 있다. 오일통공(126a)(126b)은 후술할 메인베어링부(1312)의 범위에 속하는 제1 오일통공(126a)과 제2 베어링부(1322)의 범위에 속하는 제2 오일통공(126b)으로 이루어진다. 제1 오일통공(126a)과 제2 오일통공(126b)은 각각 1개씩 형성될 수도 있고, 복수씩 형성될 수 있다. 본 실시예는 복수씩 형성된 예를 도시하고 있다.
오일유로(125)의 중간 또는 하단에는 오일픽업(127)이 설치될 수 있다. 오일픽업(127)은 기어펌프, 점성펌프, 원심펌프 등이 적용될 수 있다. 본 실시예는 원심펌프가 적용된 예를 도시하고 있다. 이에 따라 회전축(123)이 회전을 하면 케이싱(110)의 저유공간(110b)에 채워진 오일은 오일픽업(127)에 의해 펌핑되고, 이 오일은 오일유로(125)를 따라 흡상되다가 제2 오일통공(126b)을 통해 서브베어링부(1322)와의 서브베어링면(1322a)으로, 제1 오일통공(126a)을 통해 메인베어링부(1312)의 메인베어링면(1311a)으로 공급될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.
압축부(130)는 메인베어링(131), 서브베어링(132), 실린더(133), 롤러(134) 및 복수의 베인(1351,1352,1353)을 포함한다. 메인베어링(131)과 서브베어링(132)은 실린더(133)의 상하 양측에 각각 구비되어 실린더(133)와 함께 압축공간(V)을 형성하고, 롤러(134)는 압축공간(V)에 회전 가능하게 설치되며, 베인(1351,1352,1353)은 롤러(134)에 미끄러지게 삽입되어 압축공간(V)을 복수의 압축실로 구획된다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 메인베어링(131)은 케이싱(110)의 중간쉘(111)에 고정 설치될 수 있다. 예를 들어 메인베어링(131)은 중간쉘(111)에 삽입되어 용접될 수 있다.
메인베어링(131)은 실린더(133)의 상단에 밀착되어 결합될 수 있다. 이에 따라 메인베어링(131)은 압축공간(V)의 상측면을 형성하고, 롤러(134)의 상면을 축방향으로 지지하는 동시에 회전축(123)의 상반부를 반경방향으로 지지한다.
메인베어링(131)은 메인플레이트부(1311), 메인베어링부(1312)를 포함할 수 있다. 메인플레이트부(1311)는 실린더(133)의 상측을 복개하여 실린더(133)와 결합되고, 메인베어링부(1312)는 메인플레이트부(1311)의 중심에서 구동모터(120)를 향해 축방향으로 연장되어 회전축(123)의 상반부를 지지한다.
메인플레이트부(1311)는 원판형상으로 형성되고, 메인플레이트부(1311)의 외주면이 중간쉘(111)의 내주면에 밀착되어 고정될 수 있다. 메인플레이트부(1311)에는 적어도 한 개 이상의 토출구(1313a,1313b,1313c)가 형성되고, 메인플레이트부(1311)의 상면에는 각각의 토출구(1313a,1313b,1313c)를 개폐하는 복수의 토출밸브(1361,1362,1363)가 설치되며, 메인플레이트부(1311)의 상측에는 토출구(1313a,1313b,1313c)와 토출밸브(1361,1362,1363)를 수용하도록 토출공간(미부호)을 구비한 토출머플러(137)가 설치될 수 있다. 토출구에 대해서는 나중에 다시 설명한다.
메인베어링부(1312)는 중공된 부시 형상으로 형성되고, 메인베어링부(1312)의 내주면인 메인베어링면(1312a)에는 오일그루브(미도시)가 형성될 수 있다. 오일그루브는 메인베어링부(1312)의 상하 양단 사이에서 직선 또는 사선으로 형성되어 후술할 제2 메인베어링돌부(1316b)를 통해 제2 메인배압포켓(1315b)에 연통될 수 있다.
한편, 롤러(134)의 상면을 마주보는 메인플레이트부(1311)의 하면에는 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)이 형성될 수 있다.
제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)은 원호 형상으로 형성되어 원주방향을 따라 기설정된 간격을 두고 형성될 수 있다. 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)의 내주면은 원형으로 형성되되, 외주면은 후술할 베인슬롯을 고려하여 타원 형상으로 형성될 수 있다.
제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)은 롤러(134)의 외경범위 내에 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)은 압축공간(V)으로부터 분리될 수 있다. 다만, 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)은 메인플레이트부(1311)의 하면과 이를 마주보는 롤러(134)의 상면 사이에 별도의 실링부재를 구비하지 않는 한 양쪽 면 사이의 틈새를 통해서는 미세하게 연통될 수는 있다.
제1 메인배압포켓(1315a)은 제2 메인배압포켓(1315b)에 비해 낮은 압력, 예를 들어 흡입압과 토출압 사이의 중간압을 형성한다. 제1 메인배압포켓(1315a)은 후술할 제1 메인베어링돌부(1316a)와 롤러(134)의 상면(134a) 사이의 미세통로를 오일(냉매오일)이 통과하여 제1 메인배압포켓(1315a)으로 유입될 수 있다. 제1 메인배압포켓(1315a)은 압축공간(V) 중에서 중간압을 이루는 압축실의 범위 내에 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 메인배압포켓(1315a)은 중간압을 유지하게 된다.
제2 메인배압포켓(1315b)은 제1 오일통공(126a)을 통해 후술할 메인베어링(1312)의 메인베어링면(1312a)으로 유입되는 오일이 후술할 메인연통유로(1311e)를 통해 제2 메인배압포켓(1315b)으로 유입될 수 있다. 제2 메인배압포켓(1315b)은 압축공간(V) 중에서 토출압을 이루는 압축실의 범위 내에 형성될 수 있다. 이에 따라 제2 메인배압포켓(1315b)은 토출압을 유지하게 된다.
또한, 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)의 내주측에는 각각 제1 메인베어링돌부(1316a)와 제2 메인베어링돌부(1316b)가 메인베어링부(1312)의 메인베어링면(1312a)으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)의 내주측이 메인베어링면(1312a)으로부터 분리되는 동시에, 회전축(123)의 지지면적이 연장될 수 있다.
제1 메인베어링돌부(1316a)와 제2 메인베어링돌부(1316b)는 동일한 높이로 형성될 수도 있고, 서로 다른 높이로 형성될 수도 있다.
예를 들어, 제1 메인베어링돌부(1316a)와 제2 메인베어링돌부(1316b)가 동일한 높이로 형성되는 경우에는 제2 메인베어링돌부(1316b)의 단부면에 제2 메인베어링돌부(1316b)의 내주면과 외주면이 연통되도록 오일연통홈(미도시) 또는 오일연통홀(미도시)이 형성될 수 있다. 이에 따라 메인베어링면(1312a)의 내측으로 유입되는 고압의 오일(냉매오일)이 오일연통홈(미도시) 또는 오일연통홀(미도시)을 통해 제2 메인배압포켓(1315b)으로 유입되도록 할 수 있다.
반면, 제1 메인베어링돌부(1316a)와 제2 메인베어링돌부(1316b)가 서로 다른 높이로 형성되는 경우에는 제2 메인베어링돌부(1316b)의 높이가 제1 메인베어링돌부(1316a)의 높이보다 낮게 형성될 수 있다. 이에 따라 메인베어링면(1312a)의 내측으로 유입되는 고압의 오일(냉매오일)이 제2 메인베어링돌부(1316b)를 넘어 제2 메인배압포켓(1315b)으로 유입되도록 할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 서브베어링(132)은 실린더(133)의 하단에 밀착되어 결합될 수 있다. 이에 따라 서브베어링(132)은 압축공간(V)의 하측면을 형성하고, 롤러(134)의 하면을 축방향으로 지지하는 동시에 회전축(123)의 하반부를 반경방향으로 지지한다.
서브베어링(132)은 서브플레이트부(1321), 서브베어링부(1322)를 포함할 수 있다. 서브플레이트부(1321)는 실린더(133)의 하측을 복개하여 실린더(133)와 결합되고, 서브베어링부(1322)는 서브플레이트부(1321)의 중심에서 하부쉘(112)을 향해 축방향으로 연장되어 회전축(123)의 하반부를 지지한다.
서브플레이트부(1321)는 메인플레이트부(1311)와 마찬가지로 원판형상으로 형성되고, 서브플레이트부(1321)의 외주면이 중간쉘(111)의 내주면으로부터 이격될 수 있다.
서브베어링부(1322)는 중공된 부시 형상으로 형성되고, 서브베어링부(1322)의 내주면인 서브베어링면(1322a)에는 오일그루브(미도시)가 형성될 수 있다. 오일그루브는 서브베어링부(1322)의 상하 양단 사이에서 직선 또는 사선으로 형성되어 후술할 제2 서브베어링돌부(1326b)를 통해 제2 서브배압포켓(1325b)에 연통될 수 있다.
한편, 롤러(134)의 하면을 마주보는 서브플레이트부(1321)의 하면에는 제1 서브배압포켓(1325a)과 제2 서브배압포켓(1325b)이 형성될 수 있다.
제1 서브배압포켓(1325a)과 제2 서브배압포켓(1325b)은 앞서 설명한 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b)에 각각 롤러(134)를 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 서브배압포켓(1325a)은 제1 메인배압포켓(1315a)과 대칭되고, 제2 서브배압포켓(1325b)은 제2 메인배압포켓(1315b)과 대칭되게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 서브배압포켓(1325a)의 내주측에는 제1 서브베어링돌부(1326a)가, 제2 서브배압포켓(1325b)의 내주측에는 제2 서브베어링돌부(1326b)가 각각 형성될 수 있다.
제1 서브배압포켓(1325a)과 제2 서브배압포켓(1325b), 제1 서브베어링돌부(1326a)와 제2 서브베어링돌부(1326b)에 대하여는 제1 메인배압포켓(1315a)과 제2 메인배압포켓(1315b), 제1 메인베어링돌부(1316a)와 제2 메인베어링돌부(1316b)에 대한 설명으로 대신한다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 배압포켓[(1315a,1315b)(1325a,1325b)]은 메인베어링(131)이나 서브베어링(132) 중에서 어느 한쪽에만 형성될 수도 있다.
한편, 토출구(1313)는 앞서 설명한 바와 같이 메인베어링(131)에 형성될 수 있다. 하지만 토출구는 서브베어링(132)에 형성되거나 또는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 각각 형성될 수도 있고, 실린더(133)의 내주면과 외주면 사이를 관통하여 형성될 수도 있다. 본 실시예는 토출구가 메인베어링에 형성된 예를 중심으로 설명한다.
또한, 토출구(1313)는 한 개만 형성될 수도 있다. 하지만 본 실시예에 따른토출구(1313)는 압축진행방향(또는 롤러의 회전방향)을 따라 기설정된 간격을 두고 복수의 토출구(1313a,1313b,1313c)가 형성될 수 있다.
통상, 베인 로터리 압축기는 롤러(134)가 압축공간(V)에서 대해 편심지게 배치됨에 따라 그 롤러(134)의 외주면(1341)과 실린더(133)의 내주면(1332) 사이에 거의 접촉하는 근접점(P1)이 발생되고, 토출구(1313)는 근접점(P1) 근처에 형성되게 된다. 이에 따라 압축공간은 근접점(P1)에 근접할수록 실린더(133)의 내주면(1332)과 롤러(134)의 외주면(1341) 사이의 간격이 크게 좁아지게 되므로 토출구 면적을 확보하기가 어렵게 된다.
이에, 본 실시예와 같이 토출구(1313)를 복수의 토출구(1313a,1313b,1313c)로 나눠 롤러(134)의 회전방향(또는 압축진행방향)을 따라 형성될 수 있다. 또한, 복수의 토출구(1313a,1313b,1313c)는 각각 한 개씩으로 형성할 수도 있지만, 본 실시예와 같이 2개 한 쌍씩으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 토출구(1313)는 근접부(1332a)에서 가장 인접한 토출구부터 제1 토출구(1313a), 제2 토출구(1313b), 제3 토출구(1313c) 순으로 배열될 수 있다. 제1 토출구(1313a)와 제2 토출구(1313b) 사이의 간격 및/또는 제2 토출구(1313b)와 제3 토출구(1313c) 사이의 간격은 선행하는 베인과 후행하는 베인 사이의 간격, 즉 각 압축실의 원주길이와 대략 유사하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 토출구(1313a)와 제2 토출구(1313b) 사이의 간격과 제2 토출구(1313b)와 제3 토출구(1313c) 사이의 간격은 서로 동일하게 형성될 수 있다. 제1 간격과 제2 간격은 제1 압축실(V1)의 원주길이, 제2 압축실(V2)의 원주길이, 제3 압축실(V3)의 원주길이와 대략 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 한 개의 압축실에 복수의 토출구(1313)가 연통되거나 한 개의 토출구(1313)에 복수의 압축실이 연통되지 않고, 제1 압축실(V1)에 제1 토출구(1313a)가, 제2 압축실(V2)에 제2 토출구(1313b)가, 제3 압축실(V3)에 제3 토출구(1313c)가 각각 연통될 수 있다.
다만, 본 실시예와 같이 후술할 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)이 비등간격으로 형성되는 경우에는 각 압축실(V1,V2,V3)의 원주길이가 상이하게 형성되고, 한 개의 압축실에 복수의 토출구가 연통되거나 한 개의 토출구에 복수의 압축실이 연통될 수도 있다. 이에 대해서는 나중에 베인슬롯과 함께 다시 설명한다.
또한, 본 실시예에 따른 토출구(1313)에는 토출홈(1314)이 연장 형성될 수도 있다. 토출홈(1314)은 압축진행방향(롤러의 회전방향)을 따라 원호 형상으로 연장될 수 있다. 이에 따라 선행 압축실에서 배출되지 않는 냉매가 토출홈(1314)을 통해 후행 압축실에 연통된 토출구(1313)로 안내하여 그 후행 압축실에서 압축되는 냉매와 함께 토출되도록 할 수 있다. 이를 통해 압축공간(V)에서의 잔류냉매를 최소화하여 과압축을 억제함으로써 압축기 효율을 높일 수 있다.
상기와 같은 토출홈(1314)은 최종 토출구(예를 들어, 제3 토출구)(1313)에서 연장되도록 형성될 수 있다. 통상 베인 로터리 압축기에서는 압축공간(V)이 근접부(근접점)(1332a)를 사이에 두고 양쪽에 흡입실과 토출실로 구획되므로, 흡입실과 토출실 사이의 실링을 고려하면 토출구(1313)가 근접부(1332a)에 위치한 근접점(P1)에 중첩될 수 없다. 이에 따라 근접점(P1)과 토출구(1313) 사이에는 실린더(133)의 내주면(1332)과 롤러(134)의 외주면(1341) 사이가 이격되는 잔류공간(S)이 원주방향을 따라 형성되고, 이 잔류공간(S)에 냉매가 최종 토출구(1313)를 통해 토출되지 못하고 잔류하게 된다. 잔류된 냉매는 최종 압축실의 압력을 상승시켜 과압축으로 인한 압축효율의 저하를 야기할 수 있다.
하지만, 본 실시예와 같이 토출홈(1314)이 최종 토출구(1313)에서 잔류공간(S)으로 연장되는 경우에는 그 잔류공간(S)에 잔류하는 냉매가 토출홈(1314)을 통해 최종 토출구(1313)로 역류하여 추가 토출되므로 최종 압축실에서의 과압축으로 인한 압축효율의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다.
도면으로 도시하지는 않았으나, 토출홈 외에 잔류공간에 잔류배출공이 형성될 수도 있다. 잔류배출공은 토출구에 비해 내경이 작게 형성되고, 잔류배출공은 토출구와 달리 토출밸브에 의해 개폐되지 않고 항상 개방되도록 형성될 수 있다.
또한, 복수의 토출구(1313a,1313b,1313c)는 앞서 설명한 각각의 토출밸브(1361,1362,1363)에 의해 개폐될 수 있다. 각각의 토출밸브(1361,1362,1363)는 일단이 고정단을 이루고 타단이 자유단을 이루는 외팔보 형태의 리드밸브로 이루어질 수 있다. 이러한 각각의 토출밸브(1361,1362,1363)는 통상의 로터리 압축기에서 널리 알려져 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 실린더(133)는 메인베어링(131)의 하면에 밀착되어 서브베어링(132)과 함께 메인베어링(131)에 볼트로 체결될 수도 있다. 이에 따라 실린더(133)는 메인베어링(131)에 의해 케이싱(110)에 고정 결합될 수 있다.
실린더(133)는 중앙에 압축공간(V)을 이루도록 빈공간부를 구비한 환형으로 형성될 수 있다. 빈공간부는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 의해 밀봉되어 앞서 설명한 압축공간(V)이 형성되고, 압축공간(V)에는 후술할 롤러(134)가 회전 가능하게 결합될 수 있다.
실린더(133)는 흡입구(1331)가 외주면에서 내주면으로 관통되어 형성될 수 있다. 하지만 흡입구는 메인베어링(131) 또는 서브베어링(132)을 관통하여 형성될 수도 있다.
흡입구(1331)는 후술할 근접점(P1)을 중심으로 원주방향 일측에 형성될 수 있다. 앞서 설명한 토출구(1313)는 근접점(P1)을 중심으로 흡입구(1331)의 반대쪽인 원주방향 타측에서 메인베어링(131)에 형성될 수 있다.
실린더(133)의 내주면(1332)은 타원 형상으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1332)은 복수의 타원, 예를 들어 서로 다른 장단비를 가지는 4개의 타원이 2개의 원점을 갖도록 조합되어 비대칭 타원 형상으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1332)은 롤러의 회전중심(축중심 또는 실린더의 외경중심)을 제1 원점, 제1 원점(O)에 대해 근접점(P1)쪽으로 치우친 제2 원점(O')을 가지도록 형성될 수 있다.
제1 원점(O)을 중심으로 형성되는 X-Y 평면은 제3 사분면(Q3)과 제4 사분면(Q4)을 형성하고, 제2 원점(O')을 중심으로 형성되는 X-Y 평면은 제1 사분면(Q1)과 제2 사분면(Q2)을 형성하게 된다. 제3 사분면(Q3)은 제3 타원에 의해, 제4 사분면(Q4)은 제4 타원에 의해 각각 형성되고, 제1 사분면(Q1)은 제1 타원에 의해, 제2 사분면(Q2)은 제2 타원에 의해 각각 형성된다.
또한, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1332)은 근접부(1332a), 원접부(1332b) 및 곡면부(1332c)를 포함할 수 있다. 근접부(1332a)는 롤러(134)의 외주면(또는, 롤러의 회전중심)(1341)으로부터 가장 근접하는 부분이고, 원접부(1332b)는 롤러(134)의 외주면(1341)으로부터 가장 멀리 위치하는 부분이며, 곡면부(1332c)는 근접부(1332a)와 원접부(1332b)의 사이를 연결하는 부분이다.
근접부(1332a)는 근접점(P1)이라고도 정의할 수 있고, 근접부(1332a)를 중심으로 앞서 설명한 제1 사분면(Q1)과 제4 사분면(Q4)이 구분될 수 있다. 근접부(1332a)를 중심으로 제1 사분면(Q1)에는 흡입구(1331)가, 제4 사분면(Q4)에는 토출구(1313)가 양쪽에 각각 형성될 수 있다.
원접부(1332b)는 특정방향으로 연장되어 볼록하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 원접부(1332b)는 제1 타원을 이루는 제1 사분면(Q1)과 제2 타원을 이루는 제2 사분면(Q2) 사이에 형성될 수 있다.
제1 타원은 장단비가 가장 큰 타원이므로, 원접부(1332b)에서 발생되는 변곡점은 다른 부분에서 발생되는 변곡점(미부호)에 비해 곡률변화가 가장 크다. 이하에서는 변곡점이라고 하면 원접부(1332b)에서 발생되는 변곡점을 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 넓은 의미에서의 변곡점은 그 변곡점을 포함하는 원접부(1332b)로 이해할 수도 있다.
곡면부(1332c)는 서로 다른 장단비를 가지며 제1 중심선(CL1)과 제2 중심선(CL2)(CL2')에 대해 각각 비대칭으로 배치되는 복수의 타원면으로 형성될 수 있다. 이하에서, 제1 중심선(CL1)은 롤러의 회전중심(Or)과 근접점(P1)을 지나는 가상선으로, 제2 중심선(CL2)(CL2')은 롤러의 회전중심(Or)을 지나며 제1 중심선(CL1)에 대해 직교하는 가상선 및 롤러의 회전중심(Or)으로부터 편심되어 제1 중심선(CL1)에 대해 직교하는 다른 가상선으로 각각 정의될 수 있다.
예를 들어, 곡면부(1332c)는 압축진행방향(롤러의 회전방향)을 기준으로 근접부(정확하게는 근접점)(1332a)에서 원접부(정확하게는 변곡점)(1332b)까지를 제1 곡면부(1332c1), 원접부(1332b)에서 제1 중심선(CL1)까지는 제2 곡면부(1332c2), 제1 중심선(CL1)에서 제2 중심선(CL2)까지는 제3 곡면부(1332c3), 제2 중심선(CL2)에서 다시 근접부(즉, 제1 중심선)(1332a)까지는 제4 곡면부(1332c4)로 이루어질 수 있다. 이에 따라 제1 곡면부(1332c1)는 제1 타원을 이루는 제1 사분면(Q1)을, 제2 곡면부(1332c2)는 제2 타원을 이루는 제2 사분면(Q2)을, 제3 곡면부(1332c3)는 제3 타원을 이루는 제3 사분면(Q3)을, 제4 곡면부(1332c4)는 제4 타원을 이루는 제4 사분면(Q4)을 각각 형성하게 된다.
제1 곡면부(1332a1)의 장단비는 제2 곡면부(1332a2)의 장단비에 비해 크게 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 곡면부(1332a1)와 제2 곡면부(1332a2) 사이에서의 변곡점은 다른 곡면부들 사이에서의 변곡점, 즉 제2 곡면부(1332c2)와 제3 곡면부(1332c3)의 사이, 제3 곡면부(1332c3)와 제4 곡면부(1332c4)의 사이, 제4 곡면부(1332c4)와 제1 곡면부(1332c1) 사이에서 발생되는 각각의 변곡점보다 그 곡률변화가 크게 형성될 수 있다.
이로 인해, 제1 곡면부(1332c1)와 제2 곡면부(1332c2)의 사이, 즉 원접부(1332b)를 통과하는 베인(1351)(1352)(1353)의 거동이 불안정하게 되어 베인(1351)(1352)(1353)전방면인 베인선단부(1351b)(1352b)(1353b)와 실린더(133)의 내주면(1331) 사이에 마찰로 인한 기계손실 및 소음이 증가될 수 있다.
하지만, 본 실시예에서는 제1 곡면부(1331c1)와 제2 곡면부(1331c2) 사이를 연결하는 원접부(또는 제1 연결부)(1331b)가 2차 다항곡선으로 형성됨에 따라, 원접부(1331b)에서의 변곡점이 완화될 수 있다. 이를 통해 베인(1351)(1352)(1353)의 거동이 안정되어 베인(1351)(1352)(1353)과 실린더(133) 사이에서의 기계손실을 줄이고 마모에 대한 신뢰성을 높이는 동시에 소음이 감쇄될 수 있다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 롤러(134)는 실린더(133)의 압축공간(V)에 회전 가능하게 구비되고, 롤러(134)에는 후술할 복수의 베인(1351,1352,1353)이 원주방향을 따라 기설정된 간격을 두고 삽입될 수 있다. 이에 따라 압축공간(V)에는 복수의 베인(1351,1352,1353)의 개수만큼의 압축실이 구획되어 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 베인(1351,1352,1353)이 3개로 이루어져 압축공간(V)은 3개의 압축실로 구획되는 예를 중심으로 설명한다.
본 실시예에 따른 롤러(134)는 그 외주면(1341)이 원형으로 형성되고, 롤러의 회전중심(Or)에는 회전축(123)이 결합될 수 있다. 이에 따라 롤러의 회전중심(Or)은 회전축(123)의 축중심(미부호)과 동축상에 위치하게 되며, 롤러(134)는 회전축(123)과 함께 동심 회전을 하게 된다.
다만, 앞서 설명한 바와 같이 실린더(133)의 내주면(1332)이 특정방향으로 치우친 비대칭 타원 형상으로 형성됨에 따라, 롤러의 회전중심(Or)은 실린더(133)의 외경중심(Oc)에 대해 편심지게 배치될 수 있다. 이에 따라 롤러(134)는 그 외주면(1341)의 일측이 실린더(133)의 내주면(1332), 정확하게는 근접부(1332a)와 거의 접촉되어 근접점(P1)을 형성하게 된다.
근접점(P1)은 앞서 설명한 바와 같이 근접부(1332a)에 형성될 수 있다. 이에 따라 근접점(P1)을 지나는 제1 중심선(CL1)은 실린더(133)의 내주면(1332)을 이루는 타원곡선의 단축에 해당할 수 있다.
또한, 롤러(134)는 그 외주면(1341)에 원주방향을 따라, 적당개소에 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)이 형성되고, 각 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)마다에는 후술할 복수의 베인(1351,1352,1353)이 각각 미끄러지게 삽입되어 결합될 수 있다.
복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 압축진행방향(롤러의 회전방향)을 따라 제1 베인슬롯(1342a), 제2 베인슬롯(1342b), 제3 베인슬롯(1342c)이라고 정의될 수 있다. 제1 베인슬롯(1342a), 제2 베인슬롯(1342b), 제3 베인슬롯(1342c)은 서로 동일하게 형성되므로, 이하에서는 필요한 경우에 제1 베인슬롯을 대표예로 삼아 설명할 수 있다.
구체적으로, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 각각 반경방향에 대해 기설정된 각도만큼 경사지게 형성되어, 베인(1351,1352,1353)의 길이가 충분히 확보될 수 있다. 이에 따라 실린더(133)의 내주면(1331)이 비대칭 타원형상으로 형성되는 경우에 롤러(134)의 외주면(1341)으로부터 실린더(133)의 내주면(1331)까지의 거리가 멀어지더라도 베인(1351,1352,1353)이 베인슬롯1342a,1342b,1342c)으로부터 이탈되는 것을 억제할 수 있고, 이를 통해 실린더(133)의 내주면(1331)에 대한 설계 자유도를 높일 수 있다.
베인슬롯(1342a,1342b,1342c)이 기울어지는 방향은 롤러(134)의 회전방향에 대해 역방향, 즉 실린더(133)의 내주면(1331)과 접하는 각 베인(1351,1352,1353)의 전방면이 롤러(134)의 회전방향 쪽으로 기울어지도록 하는 것이 압축이 빨리 시작될 수 있도록 압축개시각을 롤러(134)의 회전방향 쪽으로 당길 수 있어 바람직할 수 있다.
한편, 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 내측단에는 배압챔버(1343a,13343b,1343c)가 각각 연통되도록 형성될 수 있다. 배압챔버(1343a,13343b,1343c)는 각 베인(1351,1352,1353)의 후방측, 즉 베인후단부(1351c,1352c,1353c)쪽으로 토출압 또는 중간압의 오일(또는 냉매)이 수용되는 공간으로, 이 배압챔버(1343a,13343b,1343c)에 채워지는 오일(또는 냉매)의 압력에 의해 각각의 베인(1351,1352,1353)은 실린더(133)의 내주면을 향해 가압될 수 있다. 편의상, 이하에서는 베인의 운동방향을 기준으로 실린더를 향하는 방향을 전방, 반대쪽을 후방이라고 정의하여 설명할 수 있다.
배압챔버(1343a,13343b,1343c)는 메인베어링(131)과 서브베어링(132)에 의해 각각 밀봉되도록 형성될 수 있다. 배압챔버(1343a,13343b,1343c)는 각각의 배압포켓[(1315a,1315b)(1325a,1325b)]에 대해 독립적으로 연통될 수도 있고, 배압포켓[(1315a,1315b)(1325a,1325b)]에 의해 서로 연통되도록 형성될 수도 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 복수의 베인(1351,1352,1353)은 각각의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)에 미끄러지게 삽입될 수 있다. 이에 따라 복수의 베인(1351,1352,1353)은 각각의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)과 대략 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 베인(1351,1352,1353)은 롤러(134)의 회전방향을 따라 제1 베인(1351), 제2 베인(1352), 제3 베인(1353)이라고 정의되고, 제1 베인(1351)은 제1 베인슬롯(1342a)에, 제2 베인(1352)은 제2 베인슬롯(1342b)에, 제3 베인(1353)은 제3 베인슬롯(1342c)에 각각 삽입될 수 있다.
복수의 베인(1351,1352,1353)은 대략 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 구체적으로 복수의 베인(1351,1352,1353)은 베인본체(1351a,1352a,1353a), 베인선단부(또는 전방면)(1351b,1352b,1353b), 베인후단부(또는 후방면)(1351c,1352c,1353c)를 포함할 수 있다. 베인선단부(1351b,1352b,1353b)는 실린더(133)의 내주면(1331)에 접하는 면으로, 베인후단부(1351c,1352c,1353c)는 배압챔버(1343a,13343b,1343c)를 마주보는 면으로 이해될 수 있다.
각각의 베인본체(1351a,1352a,1353a)는 대략 직육면체 형상으로 형성될 수 있다. 이에 따라 각각의 베인본체(1351a,1352a,1353a)는 각각의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 길이방향을 따라 원활하게 미끄러질 수 있다.
베인선단부(1351b,1352b,1353b)는 실린더(133)의 내주면(1331)과 선접촉하도록 곡면 형상으로 형성되고, 베인후단부(1351c,1352c,1353c)는 배압챔버(1343a,13343b,1343c)에 삽입되어 배압력을 고르게 받을 수 있도록 평면지게 형성될 수 있다.
구체적으로, 베인선단부(1351b,1352b,1353b)는 원주방향 양쪽 모서리 중에서 롤러(134)의 회전방향에 대해 반대쪽에 위치하는 후류측 모서리가 곡면지게 면취되어 형성될 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 베인선단부(1351b,1352b,1353b)의 양쪽 모서리가 곡면지게 면취되어 반원형으로 형성되거나 또는 양쪽 모서리가 면취되지 않고 거의 직각 형태로 형성될 수도 있다.
또한, 베인후단부(1351c,1352c,1353c)는 각 베인(1351,1352,1353)의 길이방향에 직교하도록 평면지게 형성될 수 있다. 다만, 본 실시예와 같이 베인후단부(1351c,1352c,1353c)의 한쪽 모서리가 면취되어 경사면 또는 단차면으로 형성될 수도 있다.
상기와 같은 하이브리드 실린더가 구비된 베인 로터리 압축기는, 구동모터(120)에 전원이 인가되면, 구동모터(120)의 회전자(122)와 회전자(122)에 결합된 회전축(123)이 회전을 하게 되고, 회전축(123)에 결합되거나 일체로 형성된 롤러(134)가 회전축(123)과 함께 회전을 하게 된다.
그러면, 롤러(134)에 미끄러지게 삽입된 복수의 베인(1351,1352,1353)이 롤러(134)의 회전에 의해 발생되는 원심력과 그 베인(1351,1352,1353)의 후방측에 구비된 배압챔버(1343a,13343b,1343c)의 배압력에 의해 각각의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)으로부터 인출되거나 또는 각각의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)으로 인입되어, 각 베인선단부(1351b,1352b,1353b)가 실린더(133)의 내주면(1331)에 접하게 된다.
그러면 실린더(133)의 압축공간(V)이 복수의 베인(1351,1352,1353)에 의해 그 복수의 베인(1351,1352,1353)의 개수만큼의 압축실(흡입실이나 토출실을 포함)(V1,V2,V3)로 구획되고, 각각의 압축실(V1,V2,V3)은 롤러(134)의 회전을 따라 이동하면서 실린더(133)의 내주면(1331) 형상과 롤러(134)의 편심에 의해 체적이 가변되며, 각각의 압축실(V1,V2,V3)로 흡입되는 냉매는 롤러(134)와 베인(1351,1352,1353)을 따라 이동하면서 압축되어 케이싱(110)의 내부공간으로 토출되는 일련의 과정을 반복하게 된다.
이때, 복수의 베인(1351,1352,1353)은 롤러(134)의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)에서 각각 인출되어 그 베인(1351,1352,1353)의 베인선단부(1351b,1352b,1353b)가 실린더(133)의 내주면(1331)에 접촉하게 된다. 하지만 실린더(133)의 내주면이 서로 다른 장단비를 갖는 복수의 타원으로 조합된 경우에는 실린더(133)의 내주면(1331)과 베인(1351)(1352)(1353)의 베인선단부(1351b)(1352b)(1353b) 사이에서 기계손실과 소음이 발생될 수 있다.
특히, 흡입주기를 줄이고 압축주기를 늘려 과압축으로 인한 압축손실을 억제하는 비대칭 타원형 실린더의 경우에는 흡입영역에서의 장단비 차이가 크게 발생하게 되고, 이로 인해 흡입영역이 포함된 제1 사분면과 제2 사분면 사이의 원접부에서는 베인의 거동이 불안정하게 되어 해당 부분에서의 기계손실이나 이상소음이 증가될 수 있다.
이에, 본 실시예에서는 제1 곡면부와 제2 곡면부 사이에 위치하는 원접부를 곡면으로 형성되되, 베인선단부와 접하는 베인접촉점을 연결한 베인접촉선이 2차 다항곡선(polynomial curve)을 이루도록 형성될 수 있다. 이를 통해 원접부에서 베인접촉선의 변곡점을 완화시켜 원접부를 통과하는 베인의 거동을 안정시킬 수 있고, 베인과 실린더 사이의 기계손실을 줄이는 동시에 이상소음을 억제할 수 있다.
도 5는 본 실시예에 따른 실린더의 내주면을 보인 개략도이고, 도 6은 도 5의 "A"부를 확대하여 보인 개략도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1331)은 X-Y 평면에서 서로 다른 장단비를 가지는 복수의 타원이 차례대로 연결되되, 4개의 타원이 2개의 원점(O)(O')을 가지는 비대칭 타원 형상으로 형성될 수 있다.
하지만, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1331) 형상은 앞서 설명한 형상으로 한정되지는 않는다. 예를 들어 한 개의 원점을 가지는 형상으로 형성될 수도 있고, 4개의 원점을 가지는 형상으로 형성될 수도 있다. 다만 본 실시예에서는 2개의 원점을 가지며 2개의 원점은 동일한 X축에서 일정 간격만큼 이격된 서로 다른 Y축을 가지며, 서로 다른 Y축에 의해 제1 사분면과 제2 사분면이, 제3 사분면과 제4 사분면이 각각 구분되는 형상으로 형성된 예를 중심으로 설명한다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1331)은 롤러(134)의 외주면과 가장 근접하는 근접점(P1)을 기준으로 롤러(134)의 회전방향을 따라 4개의 타원이 순서대로 연결될 수 있다. 4개의 타원은 앞서 설명한 4개의 곡면부(1331c1)(1331c2)(1331c3)(1331c4)로 이해될 수 있다.
다시 말해, 근접점(P1)에서 롤러(134)의 회전방향으로 인접한 타원부터 제1 곡면부(또는 제1 사분면)(1331c1)를 이루는 제1 타원이, 제2 곡면부(또는 제2 사분면)(1331c2)를 이루는 제2 타원이, 제3 곡면부(또는 제3 사분면)(1331c3)를 이루는 제3 타원이, 제4 곡면부(또는 제4 사분면)(1331c4)를 이루는 제4 타원이 연이어 배치될 수 있다. 이에 따라 제1 타원(제1 곡면부 또는 제1 사분면)과 제2 타원(제2 곡면부 또는 제2 사분면)의 사이에 제1 연결부를 이루는 원접부(1331b)가 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 원접부(1331b)는 롤러(134)의 회전방향으로 대략 70~105°범위라고 정의될 수 있다. 원접부(1331b)는 흡입이 완료되고 압축이 시작되는 구간으로, 타원의 장단비 차이가 가장 큰 제1 타원과 제2 타원 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어 제1 타원의 장단비는 1.62이하이고, 제2 타원의 장단비는 0.9~1.1 정도로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 원접부(1331b)는 곡선(곡면)으로 형성되되, 베인선단부(1351b)(1352b)(1353b)와 접하는 베인접촉점(P2"')을 연결하는 베인접촉선(L2"')이 2차 다항곡선을 이루도록 형성될 수 있다. 예를 들어 원접부(1331b)에서의 베인접촉선(L2"')은 다음 식을 만족하는 곡선으로 형성될 수 있다.(도 9 및 도 10 참조)
[수학식 1]
x = 5.775×10-4y2 - 0.1179y + 6.954
상기와 같이 베인접촉선(L2"')이 2차 다항곡선으로 형성됨에 따라 원접부(1331b)에서의 변곡점이 완화될 수 있고, 이에 따라 베인선단부(1351b)(1352b)(1353b)가 실린더(133)의 내주면(1331)에 접하는 베인접촉점(P2"')의 위치는 회전각도별 편차가 감소하게 될 수 있다. 이를 통해 실린더(133)와 베인(1351)(1352)(1353) 사이에서의 기계손실이 감소될 수 있고, 마모로 인한 신뢰성 저하를 억제할 수 있다. 뿐만 아니라, 원접부(1331b)를 통과하는 베인(1351)(1352)(1353)의 거동이 안정되면서 실린더(133)와 베인(1351)(1352)(1353) 사이에서의 충돌소음을 줄여 압축기 소음을 낮출 수 있다.
도 7은 원형 실린더와 대칭형 타원 실린더에 대한 회전각도별 베인접촉선을 보인 그래프이고, 도 8은 도 대칭형 타원 실린더와 비대칭 타원 실린더에 대한 일부구간에서의 베인접촉선을 확대하여 보인 그래프이다.
도 7을 참조하면, 타원형 실린더에서의 베인접촉선(L22)은 원형 실린더에서의 베인접촉선(L21)에 비해 가파른 곡선을 보이고 있다. 이에 따라 타원형 실린더는 원형 실린더에 비해 변곡점이 크게 발생되어 기계손실 및 소음에서 불리할 수 있다.
이는, 본 실시예와 같은 비대칭 타원형 실린더의 경우에 더욱 불리할 수 있다. 즉, 도 8을 참조하면 비대칭 타원형 실린더의 경우에는 롤러(134)의 회전각도가 대략 50°에서 80°까지 베인접촉점(P22")의 위치가 베인두께(T)를 기준으로 대략 0.7T에서 0.3T로 급격하게 이동하는 반면, 롤러(134)의 회전각도가 대략 80°에서 110°까지는 베인접촉점(P22")의 위치가 거의 동일한 것을 볼 수 있다. 여기서 베인두께(T)는 롤러(134)의 회전방향쪽 측면이 0, 반대쪽 측면이 1이다.
그러면 도 8에서 보는 바와 같이 베인접촉선(L22")이 대략 0.25T가 되는 위치에서 심하게 절곡되는 형상을 띄게 된다. 그러면, 롤러(134)의 회전각도가 대략 80°에서 110°까지의 구간(원접부 구간)에서는 베인선단부(1351b)(1352b)(1353b) 중에서 (거의) 한 지점, 즉 (거의) 같은 위치의 베인접촉점(P22")이 실린더(133)의 내주면(1331)에 계속 접촉되거나 또는 일시적으로 이격되었다가 다시 접촉된 상태에서 실린더(133)의 내주면(1331)에 대해 미끄러지는 것을 의미한다. 이로 인해 실린더(133)와 베인(1351)(1352)(1353) 사이에서의 기계손실이 증가할 수 있고, 충돌소음도 발생될 수 있다.
하지만, 본 실시예에서는 상기의 구간에서 베인접촉점(P22"')을 연결하는 베인접촉선(L22"')이 2차 다항곡선으로 된 완만한 곡선을 이룸에 따라 상기의 구간에서의 기계손실과 충돌소음이 감소될 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 실린더를 종래의 비대칭 타원형 실린더와 비교하여 보인 그래프이고, 도 10은 도 9에서 일부구간에서의 베인접촉점을 보인 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 기존의 비대칭 타원형 실린더(종래)에서는 앞서 설명한 바와 같이 회전각도가 대략 75°까지는 베인접촉점(P22")의 위치가 베인(1351)(1352)(1353)의 두께방향을 따라 대략 0.3T까지 이동하다가 회전각도가 대략 75°에서 105°까지는 베인접촉점(P22")의 위치가 대략 0.29T 정도로 거의 변화가 없는 것을 볼 수 있다. 이는 베인(1351)(1352)(1353)이 롤러(134)의 회전방향으로 30°정도를 이동하면서도 실린더(133)에 접촉되는 베인접촉점(P22")이 거의 동일하다는 것을 의미하는 것으로, 그만큼 베인(1351)(1352)(1353)과 실린더(133) 사이에서의 기계손실과 소음이 증가될 수 있다.
반면, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 원접부(1331b)는 롤러(134)의 회전각도가 대략 70°에서 105°사이의 구간(원접부 구간)(1331b)에 형성되는 것으로, 이 구간에서는 베인접촉점(P22"')을 연결한 베인접촉선(L22"')이 위의 [수학식 1]과 같은 2차 다항곡선이 적용된 곡선으로 형성될 수 있다.
그러면 베인접촉점(P22"')은 70°에서 베인두께의 대략 0.5T 정도가 되는 위치에 형성되었다가 105°에서 대략 0.35T 정도로 이동하게 된다. 다만 이 구간에서의 베인접촉선(L22"')은 완만한 곡선을 형성하게 되므로, 베인접촉점(P22"')이 베인(1351)(1352)(1353)의 회전에 대응하여 고르게 이동하는 것을 알 수 있다.
이를 통해, 본 실시예에 따른 실린더(133)의 내주면(1331)은 해당 회전각도 구간에서 베인접촉점(P22"')이 2차 다항곡선으로 된 완만한 곡선을 형성하면서 이동함에 따라, 베인접촉점(P2"')을 연결한 베인접촉선(L22"')에 급격한 변곡점이 발생되지 않게 된다. 이에 따라 실린더(133)와 베인(1351)(1352)(1353) 사이에서의 기계손실 및 소음이 감소될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 실린더(133)의 내주면(1331)이 비대칭 타원 형상으로 형성되는 경우에는 원접부(1332b)에서 가장 큰 변곡점이 발생되며, 이 변곡점을 지나는 베인(1351,1352,1353)의 베인선단부(1351b,1352b,1353b)는 실린더(133)의 내주면(1332)과 충돌을 일으키면서 충돌소음이 가중될 수 있다. 특히 베인이 등간격으로 배치되는 경우에는 변곡점을 지나는 각 베인(1351)(1352)(1353)의 베인선단부(1351b,1352b,1353b)가 실린더(133)의 내주면(1331)과 주기적으로 충돌하게 되고, 이러한 충격음의 주기성으로 인해 특정대역의 소음이 증가하여 압축기 소음을 더욱 가중시키게 된다.
이에 본 실시예는 베인슬롯 또는 이 베인슬롯에 삽입되는 베인의 간격을 적절하게 조절함으로써, 앞서 설명한 충격음의 주기성을 약화시켜 압축기 소음을 줄일 수 있다. 특히 실린더의 내주면을 앞서 설명한 실시예와 같이 베인접촉선이 2차 다항곡선으로 형성되는 경우에 본 실시예와 같이 베인슬롯을 비등간격으로 형성하게 되면 베인의 충격음 자체가 감소하게 되어 압축기 소음을 더욱 낮출 수 있다.
도 11은 본 실시예에 따른 베인슬롯 간 간격을 설명하기 위해 보인 개략도이고, 도 12는 도 11의 실시예에서 최대변동각도별 압축기효율을 비교하여 보인 그래프이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은, 앞서 설명한 바와 같이 반경방향에 대해 경사지게 형성되되, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 롤러의 외주면 상에 위치하는 각 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 출입점(P31,P32,P33)을 롤러(134)의 회전중심(Or)에 이은 가상선(CL41,CL42,CL43) 중에서 서로 인접한 두 가상선이 이루는 사잇각(θ1,θ2,θ3)의 적어도 일부가 상이하게 형성될 수 있다. 이에 따라 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 서로 이웃하는 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)이 비등간격으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)이 원주방향을 따라 3개의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)으로 이루어진 경우, 서로 인접한 2개의 베인슬롯 사이에 형성되는 사잇각(θ1,θ2,θ3)이 상이하게 형성될 수 있다.
편의상, 이하에서는 제1 베인슬롯(1342a)과 제2 베인슬롯(1342b)의 사이의 사잇각을 제1 사잇각(θ1), 제2 베인슬롯(1342b)과 제3 베인슬롯(1342c)의 사이의 사잇각을 제2 사잇각(θ2), 제3 베인슬롯(1342c)과 제1 베인슬롯(1342a) 사이의 사잇각을 제3 사잇각(θ3)이라고 정의하여 설명한다.
구체적으로, 제1 사잇각(θ1)은 제2 사잇각(θ2)보다 크거나 작고, 제3 사잇각(θ3)보다 크거나 작게 형성될 수 있다. 제2 사잇각(θ2)은 제3 사잇각(θ3)보다 크거나 작게 형성될 수 있다.
제1 사잇각(θ1), 제2 사잇각(θ2), 제3 사잇각(θ3)이 각각 상이하게 형성될 수도 있다. 하지만, 경우에 따라서는 일부의 사잇각은 동일하고 다른 한 개의 사잇각만 상이하게 형성될 수도 있다. 본 실시예는 제1 사잇각(θ1), 제2 사잇각(θ2), 제3 사잇각(θ3)이 각각 상이하게 형성된 경우를 예로 들어 설명한다.
제1 사잇각(θ1), 제2 사잇각(θ2) 그리고 제3 사잇각(θ1)은 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 개수, 즉 각각의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)에 미끄러지게 삽입되는 베인(1351,1352,1353)의 개수에 의해 결정될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에 따른 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)이 3개이면 베인(1351,1352,1353) 역시 3개로 이루어지고, 3개의 베인(1351,1352,1353)은 원주방향을 따라 비등간격으로 배치될 수 있다. 이에 따라 이웃하는 2개의 베인은 서로 다른 시간차를 두고 임의의 어느 한 크랭크각, 예를 들어 변곡점을 통과하게 된다. 그러면 각각의 베인(1351,1352,1353)이 변곡점을 통과하면서 실린더(133)의 내주면(1331)과 충돌하여 발생되는 충격음의 주기성이 약화되어 그만큼 특정대역의 소음이 감소될 수 있다.
다만, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 반경방향에 대해 경사지게 형성되고 비등간격으로 배치되되, 각각의 길이방향 중심선(CL31,CL32,CL33)이 각각의 가상선(CL41,CL42,CL43)에 대해 각각 동일한 각도로 교차하도록 형성될 수 있다.
다시 말해, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 그 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 제3 중심선(CL31)(CL32)(CL33)에 대한 경사각(α1,α2,α3)이 서로 동일하게 형성될 수 있다. 이에 따라 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 비등간격으로 배치되면서도 베인을 포함한 롤러의 무게중심이 롤러(134)의 회전중심(Or)과 최대한 동일하게 유지되어 비등간격으로 배치로 인한 편심하중을 억제할 수 있다.
하지만, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 경사각(α1,α2,α3)이 반드시 동일하게 형성될 필요는 없다. 예를 들어 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)의 경사각(α1,α2,α3) 중에서 적어도 일부의 경사각(α1,α2,α3)은 서로 다르게 형성될 수도 있다. 다만, 이 경우에도 베인을 포함한 롤러의 무게중심이 롤러(134)의 회전중심(Or)과 최대한 동일하게 유지되도록 형성되는 것이 비등간격으로 배치로 인한 편심하중을 억제할 수 있어 바람직하다.
한편, 복수의 베인슬롯(1342a,1342b,1342c)은 원주방향으로 이웃하는 양쪽 베인슬롯 사이의 간격(사잇각)이 적정 범위내에 배치되도록 형성하는 것이 압축기 효율 측면에서 바람직할 수 있다.
예를 들어, 이웃하는 양쪽 베인슬롯 사이의 간격이 너무 좁으면 충격음의 주기성을 약화시키는 효과가 반감되나, 양쪽 베인슬롯 사이의 간격이 너무 크면 압축실 간 체적차이가 증가되어 압축기 효율이 저하될 수 있다. 이에 따라 양쪽 베인 사이의 간격, 즉 각각의 사잇각(θ1,θ2,θ3)은 충격음의 주기성도 약화시키면서 압축기 효율의 저하도 최소화할 수 있는 범위, 즉 최대변동각도가 특정 범위를 만족하도록 형성될 수 있다.
즉, 양쪽 베인슬롯 사이의 간격, 즉 양쪽 베인슬롯 간 사잇각(θ1,θ2,θ3)은 아래의 [수학식 2]에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 2]
θi' =θi+△θ×Sin(m×θi)
여기서, θi'는 베인슬롯의 재배치 각도, θi는 등간격 각도, △θ는 최대변동각도, m은 베인순서로 정의될 수 있다. 최대변동각도(△θ)는 2 ~ 10°로 정의될 수 있는데, 이는 도 12에서와 같이 베인슬롯(1342a,1342b,1342c) 간 간격이 0°에서 압축기 효율이 가장 높고, 베인슬롯(1342a,1342b,1342c) 간 간격이 증가할 수록 압축기 효율이 낮아질 수 있다. 다만, 압축기 효율이 대략 10°까지는 완만하게 낮아지다가 10°를 지나면서 급격하게 낮아지는 것을 볼 수 있다. 따라서, 최대변동각도(△θ)는 2 ~ 10°로 한정하는 것이 바람직할 수 있다.
도 11의 실시예에 위의 <수학식 2>을 적용하되 최대변동각도(△θ)를 6°로 설정하게 되면, 제1 사잇각은 대략 125.2°, 제2 사잇각은 114.8°, 제3 사잇각은 대략 120.0°가 될 수 있다.
상기와 같이 각 베인(또는 베인슬롯)(1351,1352,1353) 사이의 간격이 서로 상이하게 형성되면 변곡점을 지나는 베인(1351,1352,1353)들 사이에서 시간차가 발생하게 된다. 그러면 변곡점에서 발생하는 충격음의 주기성이 약화되어 전체적으로 압축기 소음이 감소될 수 있다. 특히 특정대역에서의 소음이 감소되어 압축기 소음은 더욱 감소될 수 있다.
이에 따라, 실린더의 내주면을 앞서 설명한 실시예와 같이 베인접촉선이 2차 다항곡선으로 형성하게 되면 실린더의 내주면에서의 변곡점이 완화되어 베인의 충격음 자체가 감소될 수 있고, 이와 함께 베인슬롯을 비등간격으로 형성하게 되면 앞서 설명한 바와 같이 소음의 주기성이 개선되어 전체적인 압축기 소음을 더욱 낮출 수 있다.
한편, 도면으로 도시하지는 않았으나, 베인슬롯이 반드시 3개로 한정되지 않는다.
110: 케이싱 110a: 내부공간
110b: 저유공간 110c: 유분리공간
111: 중간쉘 112: 하부쉘
113: 상부쉘 115: 흡입관
116: 토출관 120: 구동모터
121: 고정자 122: 회전자
123: 회전축 125: 오일유로
126a: 제1 오일통공 126b: 제2 오일통공
127: 오일픽업 130: 압축부
131: 메인베어링 1311: 메인플레이트부
1312: 메인베어링부 1312a: 메인베어링면
1313,1313a,1313b,1313c: 토출구 1314: 토출홈
1315a: 제1 메인배압포켓 1315b: 제2 메인배압포켓
1316a: 제1 메인베어링돌부 1316b: 제2 메인베어링돌부
132: 서브베어링 1321: 서브플레이트부
1322: 서브베어링부 1322a: 서브베어링면
1325a: 제1 서브배압포켓 1325b: 제2 서브배압포켓
1326a: 제1 서브베어링돌부 1326b: 제2 서브베어링돌부
133: 실린더 1331: 실린더의 내주면
1331a: 근접부 1331b: 원접부
1331c: 곡면부 1331c1: 제1 곡면부
1331c2: 제2 곡면부 1331c3: 제3 곡면부
1331c4: 제4 곡면부 1332: 흡입구
134: 롤러 1341: 롤러의 외주면
1342a: 제1 베인슬롯 1342b: 제2 베인슬롯
1342c: 제3 베인슬롯 1343a: 제1 배압챔버
1343b: 제2 배압챔버 1343c: 제3 배압챔버
1351,1352,1353: 베인 1351a,1352a,1353a: 베인본체
1351b,1352b,1353b: 베인선단부 1361,1362,1363: 토출밸브
137: 토출머플러 CL1,CL2(CL2'): 제1,제2 중심선
CL3,CL31,CL32,CL33: 베인(베인슬롯)의 길이방향 중심선(제3 중심선)
CL41,CL42,CL43: 롤러의 회전중심과 베인슬롯의 출입점을 지나는 가상선들
L21,L22,L22',L22",L22"': 베인접촉선
Oc: 축중심(실린더의 외경중심) Or: 롤러의 회전중심
P1: 근접점 P21,P22,P22',P22",P22"': 베인접촉점
P31,P32,P33: 제1, 제2, 제3 접점 V: 압축공간
V1,V2,V3: 제1,2,3 압축실 α1,α2,α3: 제1,2,3 경사각
θ1,θ2,θ3: 제1,2,3 사잇각

Claims (14)

  1. 압축공간을 형성하도록 내주면이 환형으로 형성되는 실린더;
    복수의 베인슬롯이 외주면을 따라 기설정된 간격을 두고 형성되며, 외주면 일측이 상기 실린더의 내주면에 접하여 상기 실린더의 압축공간에서 회전하는 롤러; 및
    상기 롤러와 함께 회전하도록 상기 베인슬롯에 미끄러지게 삽입되며, 상기 베인슬롯으로부터 인출되어 상기 압축공간을 복수의 압축실로 구획하는 복수의 베인을 포함하고,
    상기 실린더의 내주면은 X-Y 평면에서 서로 다른 장단비를 가지는 복수의 타원이 연결되어 형성되며,
    상기 복수의 타원이 연결되는 구간은 곡선으로 형성되는 로터리 압축기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 타원이 연결되는 구간은,
    상기 실린더의 내주면과 상기 베인이 접촉되는 베인접촉점을 연결한 선이 2차 다항곡선(polynomial curve)을 이루도록 형성되는 로터리 압축기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더의 내주면은,
    상기 롤러의 외주면과 가장 근접하는 근접점을 기준으로 상기 롤러의 회전방향을 따라 제1 사분면을 이루는 제1 타원과 제2 사분면을 이루는 제2 타원이 연결되고,
    상기 제1 타원과 상기 제2 타원 사이에는 상기 롤러의 회전중심으로부터 가장 먼 원접부가 형성되며,
    상기 원접부는,
    상기 실린더의 내주면과 상기 베인이 접촉되는 베인접촉점을 연결한 선이 2차 다항곡선(polynomial curve)을 이루도록 형성되는 로터리 압축기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 근접점을 0°라고 정의할 때, 상기 원접부는 상기 롤러의 회전방향으로 70~105°범위를 포함하는 로터리 압축기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 타원은 상기 롤러의 회전중심에서 편심진 점을 원점으로 하는 X-Y 평면에서 연결되는 로터리 압축기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 타원은 상기 롤러의 회전중심을 원점으로 하는 X-Y 평면에서 연결되는 로터리 압축기.
  7. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더의 내주면은,
    적어도 한 개 이상의 원점을 가지는 X-Y 평면에 배치되는 4개의 타원으로 형성되며,
    상기 4개의 타원 중에서 장단비가 가장 큰 제1 타원과 상기 제1 타원에서 연결되는 제2 타원 사이의 연결부분이 다항함수로 이루어지는 로터리 압축기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 베인슬롯은,
    적어도 일부가 원주방향을 따라 비등간격으로 형성되는 로터리 압축기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 롤러의 외주면은 원주방향을 따라 동일한 직경을 가지는 원형으로 형성되고,
    상기 복수의 베인슬롯은,
    상기 롤러의 외주면에 접하는 출입점과 상기 롤러의 회전중심 사이를 연결하는 가상선중에서 서로 인접한 두 가상선이 이루는 사잇각의 적어도 일부가 상이한 로터리 압축기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 베인슬롯은,
    각각의 길이방향 중심선이 상기 각각의 가상선에 대해 기설정된 경사각을 두고 교차하도록 형성되는 로터리 압축기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 베인슬롯은, 각각의 경사각이 동일하게 형성되는 로터리 압축기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 베인슬롯은, 각각의 경사각 중에서 적어도 일부는 상이하게 형성되는 로터리 압축기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 각 베인과 상기 실린더가 접하는 접점이 상기 롤러의 회전중심을 지나는 가상선들 사이의 각도는,
    θi' =θi+△θ×Sin(m×θi)을 만족하는 로터리 압축기.
    θi는 등간격 각도, θi'는 베인슬롯의 사잇각, △θ는 최대변동각도, m은 베인순서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 식에서 최대변동각도(△θ)는 2 ~ 10°인 로터리 압축기.
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